An investigation of rare metals recovery from LiNixCoyMnzO2 cathode material of the end-of-life lithium-ion batteries is presented. To determine the influence of reductant on the leach process, the cathode material (containing Li 7.6%, Co 20.4%, Mn 19.4%, and Ni 19.3%) was leached in H2SO4 solutions either with or without H2O2. The optimal process parameters with respect to acid concentration, addition dosage of H2O2, temperature, and the leaching time were found to be 2.0 M H2SO4, 4 vol.% H2O2, 70℃, and 150 min, respectively. The yield of metal values in the leach liquor was > 99%. The leach liquor was subsequently treated by precipitation techniques to recover nickel as Ni(C4H7N2O2)2 and lithium as Li2CO3 with stoichiometric ratios of 2:1 and 1.2:1 of dimethylglyoxime:Ni and Na2CO3:Li, respectively. Cobalt was recovered by solvent extraction following a 3-stage process using Na-Cyanex 272 at pHeq ~5.0 with an organic-to-aqueous phase ratio (O/A) of 2/3. The loaded organic phase was stripped with 2.0 M H2SO4 at an O/A ratio of 8/1 to yield a solution of 114 g/L CoSO4; finally recovered CoSO4.xH2O by crystallization. The process economics were analyzed and found to be viable with a margin of $476 per ton of the cathode material.
BER at different packing ratios of bio-ring media(BRM) was tested to investigate the effect of varying hydraulic retention time (HRT) and current density on the nitrate removal and current efficiency. In the preliminary batch mode experiment of BERs, current density was applied at 2.0 A/$m^2$, 4.0 A/$m^2$, 4.8 A/$m^2$, which correspond to the designation of reactor #1, #2, #3, respectively. The reactor #2 showed a highest nitrate removal rate of 162.0 mg $NO_3{^-}$-N/L/d, and the kinetics of nitrate removal rate was defined as the Zero order reaction. In the primary experiment of BERs, four BERs packed with BRM were operated in varying HRT and current, and the packing ratios of reactor #1, #2, #3 and #4 were 0%, 8%, 16%, 24%. respectively. This results of the experiments indicated that the nitrate removal rate and current efficiency were increased significantly cause of growing of autotrophic denitrification microorganisms on the surface of cathode and media by increasing of the current density and decreasing of HRT. However, The decreasing of nitrate removal rate and current efficiencies were observed in the condition of HRT of 5.25 hr and 4.8 A/$m^2$ of current density. With more increasing current density and decreasing of HRT, the hydrogen inhibition occurred at the surface of cathode. Moreover, nitrate removal rate by autotrophic denitrification microorganisms attached on the media surface was observed to be limited by no longer increasing dissolved hydrogen concentration of each reactor. In conclusion, the highest nitrate nitrogen removal and current efficiency could be achieved when the BER was operated at the conditions of 7 hr HRT, current density of 4.0 A/$m^2$, and 16% packing ratio. And it was found that the amount of nitrate removal by microorganisms attached on the surface of cathode and media (BRM) was 178.2 mg/L and 52.2 mg/L respectively. and the amount of nitrate removal per MLVSS was 0.435 g $NO_3{^-}$-N/g $MLVSS{\cdot}d$ and 0.336 $NO_3{^-}$-N/g $MLVSS{\cdot}d$.
In this study, new preparation method of LiCoO$_{2}$ was applied to develop cathode active material for Li rechargeable cell, and followed by X-ray diffraction analysis, electrochemical properties and initial charge/discharge characteristics as function of current density. HC8A72- and CC9A24-LiCoO$_{2}$ were prepared by heating treatment of the mixture of LiOH H$_{2}$O/CoCO$_{3}$(1:1 mole ratio) and the mixture of Li$_{2}$CO$_{3}$/CoCO$_{3}$(1:2 mole ratio) at 850 and 900.deg. C, respectively. Two prepared LiCoO$_{2}$s were identified as same structure by X-ray diffraction analysis. a and c lattice constant were 2.816.angs. and 14.046.angs., respectively. The electrochemical potential of CFM-LiCoO$_{2}$(Cyprus Foote Mineral Co.'s product), HC8A72-LiCoO$_{2}$ and CC9A24 LiCoO$_{2}$ electrode were approximately between 3.32V and 3.42V vs. Li/Li reference electrode. Stable cycling behavior was obtained during the cyclic voltammetry of LiCoO$_{2}$ electrode. According as scan rate increases, cathodic capacity decreases, but redox coulombic efficiency was about 100% at potential range between 3.6V and 4.2V vs. Li/Li reference electrode. Cathodic capacity of HC8A72-LiCoO$_{2}$ was 32% higher than that of CFM-LiCoO$_{2}$ and that of CC9A24-LiCoO$_{2}$ was 47% lower than that of CFM-LiCoO$_{2}$ at 130th cycle in the condition of lmV/sec scan rate. Constant cur-rent charge/discharge characteristics of LiCoO$_{2}$/Li cell showed increasing Ah efficiency with initial charge/discharge cycle. Specific discharge capacities of CFM and HC8A72-LiCoO$_{2}$ cathode active materials were about 93mAh/g correspondent to 34% of theretical value, 110mAh/g correspondent to 40% of theretical value, respectively. In the view of reversibility, HC8A72-LiCoO$_{2}$ was also more excellent than CFM- and CC9A24-LiCoO$_{2}$.
The electrochemical characteristics from various particle sizes of $Ce_{0.9}Gd_{0.1}O_{2-{\delta}}$ (CGO91) in composite cathode comprised of the samarium-strontium doped layered perovskite ($SmBa_{0.5}Sr_{0.5}Co_2O_{5+{\delta}}$) and CGO91 have been investigated for possible application as a cathode material for an intermediate temperature-operating solid oxide fuel cell (IT-SOFC). The area specific resistances (ASRs) of composite cathodes with CGO91 having smaller particle size ($0.4\sim42{\mu}m$) and SBSCO of 1 : 1 ratio (50wt% SBSCO and 50 wt% CGO91, SBSCO: 50) give the lowest ASR of $0.10{\mu}cm^2$ at $600^{\circ}C$ and $0.013{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$. However, composite cathodes with having relatively bigger CGO91 particle size show the two times higher ASR results than those of SBSCO : 50. From the 10 times thermal cycles in SBSCO : 50, the ASRs of SBSCO : 50 increased from $0.0193{\Omega}cm^2$ to $0.094{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$, however, the ASR value was maintained after 7 times of thermal cycling.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2009.05a
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pp.31.1-31.1
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2009
Carbon nanotubes (CNTs) are attractive material because of their superior electrical, mechanical, and chemical properties. Furthermore, their geometric features such as a large aspect ratio and a small radius of curvature at tip make them ideal for low-voltage field emission devices including backlight units of liquid crystal display, lighting lamps, X-ray source, microwave amplifiers, electron microscopes, etc. In field emission devices for display applications, the phosphor anode is positioned against the CNT emitters. In most case, light generated from the phosphor by electron bombardment passes through the anode front plate to reach observers. However, light is produced in a narrow depth of the surface of the phosphor layer because phosphor particles are big as much as several micrometers, which means that it is necessary to transmit through the phosphor layer. Hence, a drop of light intensity is unavoidable during this process. In this study, we fabricated a transparent cathode back plate by depositing an ultra-thin film of single walled CNTs (SWCNTs) on an indium tin oxide (ITO)-coated glass substrate. Two types of phosphor anode plates were employed to our transparent cathode back plate: One is an ITO glass substrate with a phosphor layer and the other is a Cr-coated glass substrate with phosphor layer. For the former case, light was radiated from both the front and the back sides, where luminance on the back was ~30% higher than that on the front in our experiments. For the other case, however, light was emitted only from the cathode back side as the Cr layer on the anode glass rolled as a reflecting mirror, improving the light luminance as much as ~60% compared with that on the front of one. This study seems to be discussed about the morphologies and field emission characteristics of CNT emitters according to the experimental parameters in fabricating the lamps emitting light on the both sides or only on the cathode back side. The experimental procedures are as follows. First, a CNT aqueous solution was prepared by ultrasonically dispersing purified SWCNTs in deionized water with sodium dodecyl sulfate (SDS). A milliliter or even several tens of micro-liters of CNT solution was deposited onto a porous alumina membrane through vacuum filtration. Thereafter, the alumina membrane was solvated with the 3 M NaOH solution and the floating CNT film was easily transferred to an ITO glass substrate. It is required for CNT film to make standing CNTs up to serve as electron emitter through an adhesive roller activation.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.19
no.7
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pp.644-649
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2006
This paper presents a new disk-type piezoelectric transformer. The input side of the transformer has a crescent-shaped electrode and the output side has a focused poling direction. The piezoelectric transformers operated in each transformer's resonance vibration mode. The electrodes and poling directions on commercially available piezoelectric ceramic disks were designed so that the planar or shear mode coupling factor $(k_p\;k_{15})$ becomes effective rather than the transverse mode coupling factor $(k_{31})$. ANSYS finite element code was used to analyze transformer behavior and to optimize electrode and poling configurations. The voltage step-up ratio of the proposed transformer has been markedly improved in comparison with that of the equivalent rectangular(Rosen) type. A single layer prototype transformer, $20\sim30mm$ in diameter and $1.0\sim3.5mm$ thick, was fabricated, such as step-up ratio, power transformation efficiency, and temperature were measured. While the transformer was driving a Cold Cathode Fluorescent Lamp(CCFL), the temperature field of the transformer was also observed.
This paper presents a passive air-breathing direct methanol fuel cell (DMFC) which has been designed and tested. The single cell is fuelled by methanol vapor that is supplied through flow channel from a methanol reservoir at the anode, and the oxygen is supplied via natural air-breathing at the cathode. The methods for supplying the methanol vapor to the single cell were parallel channel and chamber. This research investigates various methods to identify the effects of using flow channels for providing the methanol vapor at the anode, and the opening ratio between the inlet and outlet ports for the methanol flow at the anode. The best flow channel condition for passive DMFC was a chamber, and the opening ratio was 0.8. Under these conditions, the peak power was 10.2mW/$cm^2$ at room temperature and ambient pressure. The key issues for the Passive DMFCs for using methanol vapor are that sufficient methanol needs to be supplied using a large as possible opening ratio. However, it is shown that the performance of the passive DMFC, which has a channel at the anode,is low due to the low differential pressure and insufficient methanol supply rate.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2010.03b
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pp.45-45
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2010
Nanoporous anodic alumina membranes (NAAM) with high aspect ratio, self-ordered pore array were fabricated by high-field 2-step anodization method. High voltages of 80, 100, 120 and 140 V as well as 40 V for comparison were applied to an aluminum anode with respect to a Pt cathode immersed both in 0.3M oxalic acid solution in order to investigate the self-ordering characteristics of the nanoporous structure. The pore structures, including interpore distance, pore size, pore density, and porosity as well as the ordering characteristic were analyzed using field-enhanced scanning electron microscopy (FE-SEM) and the corresponding Fourier-transformed images. The nanoporous structure could be produced for all the voltage conditions, but the well-ordered through-hole pore without a branched structure seemed to occur only at 40 and 140 V. It turned out that the growth rate under 140 V high-field anodization was about 40 times higher than under conventional 40 V mild anodization, which enabled the fast fabrication of self-ordered, high aspect ratio NAAMs.
Electrochemical discharge machining (ECDM) is a very recent technique in the fabrication of the micro-electro-mechanical system ( MEMS ) devices. This paper presents the experimental results of the machining of micro-holes on pyrex glass substrates by use of ECDM. Electrolyte is used with a KOH aqueous solution, cathode with copper, anode with platinum, and tool feed system is applied with gravity feed system. Already established experimental results were taken under the condition of constant voltage frequency. However in this paper, the effect of variation of the voltage frequency and duty ratio is considered. In this experiment, it is measured the ECDM performances with variation of the voltage frequency and duty ratio under the conditions of constant other machining variables. ECDM performances are described by the hole depth, and the top hole diameter.
$^{19}F$ NMR experiments were carried out to observe the change of the characteristics of the PVdF binder which is an auxiliary material of the lithium ion battery. PVdF has various crystalline or amorphous phases by thermal treatment. A mixture of cathode and auxiliary materials including PVdF was coated on aluminum foil as an electron collector and then subjected to thermal treatment at various temperatures. The overlapped $^{19}F$ NMR signals obtained from the various phases were separately convoluted into the respective phases, and it was found that there was a relative ratio change of these phases. In addition, the crystal and amorphous phase of PVdF was changed during the vacuum drying, which is the last step of the actual electrode manufacturing. It was observed that the relative amount of amorphous phase, which may affect the flexibility of the electrode or the wettability of the electrolyte, abruptly changes after a certain temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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