This article is concerned with the overview of the activated carbon fibers. Firstly, this review provides a comprehensive survey of the overall processes for the synthesis of the activated carbon fibers from the carbonaceous materials. Subsequently, the physicochemical properties such as pore structures and surface oxygen functional groups of the activated carbon fibers were discussed in detail. Finally, as electrochemical applications of the activated carbon fibers to electrode materials for electric double-layer capacitor (EDLC), the electrochemical characteristics of the activated carbon fiber electrodes and the various methods to improve the capacitance and rate capability were introduced. In particular, the effect of pore length distribution (PLD) on kinetics of double-layer charging/discharging was discussed based upon the experimental and theoretical results in our work. And then we discussed in detail the applications of the activated carbon fibers to adsorbent materials for purification of liquid and gas.
The use of the pulsed electro acoustic (PEA) method allowed us to perform the direct observations of spatio-temporal charge distributions in Electric double layer capacitors (EDLCs) based on polarizable nanoporous carbonaceous electrode. The negative charge density became the maximum, about 205 $C/m^3$ at the region where was near to collector layer in EDLCs for case $V_{DC}$ = 2.5 V, while the positively charged density became the maximum, about 61.1 $C/m^3$ at the region where it was located around the cathode layer. The PEA measurement used here is a very useful method to quantitively investigates the spatio-temporal charge distribution in EDLCs.
Proceedings of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers Conference
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2008.10a
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pp.201-204
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2008
The use of the pulsed electro acoustic (PEA) method allowed us to perform the direct observations of spatio-temporal charge distributions in Electric double layer capacitors (EDLCs) based on polarizable nanoporous carbonaceous electrode. The negative charge density became the maximum, about 205 C/$m^3$ at the region where was near to collector layer in EDLCs for case $V_{DC}$ = 2.5 V, while the positively charged density became the maximum, about 61.1 C/$m^3$ at the region where it was located around the cathode layer. The PEA measurement used here is a very useful method to quantitively investigates the spatio-temporal charge distribution in EDLCs.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.8
no.4
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pp.182-187
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2007
The use of the pulsed electro acoustic (PEA) method allowed us to perform the direct observations of spatio-temporal charge distributions in Electric double layer capacitors (EDLCs) based on polarizable nanoporous carbonaceous electrode. The negative charge density became the maximum, about $205C/m^3$ at the region where was near to collector layer in EDLCs for case $V_{DC}=2.5V$, while the positively charged density became the maximum, about $61.1C/m^3$ at the region where it was located around the cathode layer. The performance of the best sample was found to be better in terms of the charge density (Cs) and specific energy ($E_s$) with a maximum value of ${\sim}8.4F/g$ and 26 Wh/kg. The $C_s$ obtained from the PEA method agreed well with that from the energy conversion method. The PEA measurement used here is a very useful method to quantitively investigates the spatio-temporal charge distribution in EDLCs.
To improve electronic conductivity of cathodic active materials of lithium ion battery, carbonaceous materials is usually added. New mixing method of abrasive milling has been investigated in mixing of graphite and $LiCoO_2$ powders. It would be expected that uniform mixing of graphite reduces capacity fading of cathode of lithium battery. Abrasion milled $LiCoO_2$ composite showed the best electrochemical performance as a cathode material with 1 wt% of graphite content, 300 rpm of milling speed, and 10 min of milling time. The improvement of the electrochemical performances such as cycleability and charge/discharge capacity retention would be mainly attributed to increase of the electronic conductivity and/or prevention of the active materials by uniform dispersion and coating of graphite on $LiCoO_2$.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.277-277
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2010
The capacity of the carbonaceous materials reached ca. $350\;mAhg^{-1}$ which is close to theorestical value of the carbon intercalation composition $LiC_6$, resulting in a relatively low volumetric Li capacity. Notwithstanding the capacities of carbon, it will not adjust well to the need so future devices. Silicon shows the highest gravimetric capacities (up to $4000\;mAhg^{-1}$ for $Li_{21}Si_5$). Although Si is the most promising of the next generation anodes, it undergoes a large volume change during lithium insertion and extraction. It results in pulverization of the Si and loss of electrical contact between the Si and the current collector during the lithiation and delithiation. Thus, its capacity fades rapidly during cycling. We focused on electrode materials in the multiphase form which were composed of two metal compounds to reduce the volume change in material design. A combination of electrochemically amorphous active material in an inert matrix (Si-M) has been investigated for use as negative electrode materials in lithium ion batteries. The matrix composited of Si-M alloys system that; active material (Si)-inactive material (M) with Li; M is a transition metal that does not alloy with Li with Li such as Ti, V or Mo. We fabricated and tested a broad range of Si-M compositions. The electrodes were sputter-deposited on rough Cu foil. Electrochemical, structural, and compositional characterization was performed using various techniques. The structure of Si-M alloys was investigated using X-ray Diffractometer (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). Surface morphologies of the electrodes are observed using a field emission scanning electron microscopy (FESEM). The electrochemical properties of the electrodes are studied using the cycling test and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). It is found that the capacity is strongly dependent on Si content and cycle retention is also changed according to M contents. It may be beneficial to find materials with high capacity, low irreversible capacity and that do not pulverize, and that combine Si-M to improve capacity retention.
Li secondary batteries, which have been in successful commercialization, are becoming important technology as power sources in non-IT application like HEV(Hybrid Electric Vehicle) as well as in portable electronics. It is not the overstatement that the commercialization of Li secondary battery was a result of the development of carbonaceous anode material and safety mechanisms. The R&D of electrode materials of Li secondary batteries is one of the core technologies in the development and it has enormous influences on various fields as well as on the battery industry. Here, the current research of anode materials is described and the underlying problems associated with development, advantages and drawbacks is analyzed.
Park, Jong-Gwang;Han, Tae-Hui;Jeong, Dong-Cheol;Im, Seong-Hun;Han, Byeong-Seong
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.49
no.6
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pp.328-334
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2000
A lithium ion secondary battery using carbon as a negative electrode has been developed. Further improvements to increase the cell capacity are expected by modifying the structure of the carbonaceous material. There are hopes for the development of large capacity lithium ion secondary batteries with long cycle, high energy density, high power density, and high energy efficiency. In the present paper, needle cokes from petroleum were examined as an anode of lithium ion secondary battery. Petroleum cokes, MCL(Molten Caustic Leaching) treated in Korea Institute Energy Research, were carbonized at various temperatures of 0, 500, 700, $19700^{\circ}C$ at heating rate of $2^{\circ}C$/min for lh. The electrolyte was used lM liPF6 EC/DEC (1:1). The voltage range of charge & discharge was 0.0V(0.05V) ~ 2.0V. The treated petroleum coke at $700^{\circ}C$ had an initial capacity over 560mAh.g which beyond the theoretical maximum capacity, 372mAh/g for LiC6. This phenomena suggests that carbon materials with disordered structure had higher cell capacity than that the graphitic carbon materials.
Na-ion batteries are being considered as promising cost-effective energy storage devices for the future compared to Li-ion batteries owing to the crustal abundance of Na-ion. However, the large radius of the Na ion result in sluggish electrode kinetics that leads to poor electrochemical performance, which prohibits the use of these batteries in real time application. Therefore, identification and optimization of the anode, cathode, and electrolyte are essential for achieving high-performance Na-ion batteries. In this context, the current review discusses the suitable high-voltage cathode materials for Na-ion batteries. According to a recent research survey, sodium vanadium fluorophosphate (NVPF) compounds have been emphasized for use as a high-voltage Na-ion cathode material. Among the fluorophosphate groups, $Na_3V_2(PO_4)_2F_3$ exhibited the high theoretical capacity ($128mAh\;g^{-1}$) and working voltage (~3.9 V vs. $Na/Na^+$) compared to the other fluorophosphates and $Na_3V_2(PO_4)_3$. Here, we have also highlighted the classification of Fluorophosphates, NVPF composite with carbonaceous materials, the appropriate synthesis methods and how these methods can enhance the electrochemical performance. Finally, the recent developments in NVPF for the application in energy storage devices and its outlook are summarized.
Silicon (Si) has been investigated as promising negative-electrode (anode) materials because its theoretical specific capacity of 4200 mAh/g for $Li_{4.4}Si$ is far higher than that of carbonaceous anodes in current commercial products. However, in practice, the application of Si to Li-ion batteries is still quite challenging because Si suffers from severe volume expansion and contraction and lead to a continuous solid electrolyte interphase (SEI)-filming process by cracking of Si. This process consumes the limited $Li^+$ source, builds up thick and unstable SEI layer on the Si active materials, and will eventually disable the cell. Since unstable SEI reduces electrochemical performance and thermal stability of the Si anode, the surface chemistry of the anode should be modified by using a functional additive. It is found that lithium bis(oxalato)borate (LiBOB) as an additive effectively protected the Si anode surface, improved capacity retention when stored at $60^{\circ}C$, and alleviated exothermic thermal reactions of fully lithiated Si anode.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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