Si/C/CNF composites as anode materials for lithium-ion batteries were examined to improve the capacity and cycle performance. Si/C/CNF composites were prepared by the fabrication process including the synthesis and magnesiothermic reduction of SBA-15 to obtain Si/MgO by ball milling and the carbonization of phenol resin with CNF and HCl etching. Prepared Si/C/CNF composites were then analysed by BET, XRD, FE-SEM and TGA. Among SBA-15 samples synthesized at reaction temperatures between 50 and $70^{\circ}C$, the SBA-15 at $60^{\circ}C$ showed the largest specific surface area. Also the electrochemical performances of Si/C/CNF composites as an anode electrode were investigated by constant current charge/discharge test, cyclic voltammetry and impedance tests in the electrolyte of LiPF6 dissolved in mixed organic solvents (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%). The coin cell using Si/C/CNF composites (Si : CNF = 97 : 3 in weight) showed better capacity (1,947 mAh/g) than that of other composition coin cells. The capacity retention ratio decreased from 84% (Si : CNF = 97 : 3 in weight) to 77% (Si : CNF = 89 : 11 in weight). It was found that the Si/C/CNF composite electrode shows an improved cycling performance and electric conductivity.
The IPA-co-HDO-co-(TPA/MA) copolymers for all-vanadium redox flow battery were synthesized by melt condensation polymerization using isophthalic acid(IPA), 1,6-hexandiol (HDO), terephthalic acid(TPA) and maleic anhydride(MA). The amination of chloromethylated IPA-co- HDO-co-(TPA/MA)(CIHTM) copolymer was carried out using trimethylamine, and the anion exchange membrane was also prepared by UV crosslinking reaction. The structure and thermal stability of IHTM copolymers were confirmed by FTIR, $^1H$ NMR, and TGA analysis. The anion membrane properties such as water uptake, ion exchange capacity, electric resistance and electrical conductivity, were measured by gravimetry, titration and LCR meter. The efficiency of the all-vanadium redox flow battery was analyzed. The ion exchange capacity, electric resistance and electrical conductivity were 1.10 meq/g, $1.98{\Omega}{\cdot}cm^2$, and 0.009 S/cm, respectively. The efficiency of charge-discharge, voltage, and energy for the allvanadium redox flow battery were 96.5, 74.6, 70.0%, respectively.
In this study, the electrochemical characteristics of Graphite/Silicon/Pitch anode composites were analyzed to improve the low theoretical capacity of graphite as a lithium ion battery. The Graphite/Silica composites were synthesized by bonding silica onto polyvinylpyrrolidone coated graphite. The surface of used silica was treated with (3-Aminopropyl)triethoxysilane(APTES). Graphite/Silicon/Pitch composites were prepared by carbonization of petroleum pitch, the fabrication processes including the magnesiothermic reduction of nano silica to obtain silicon and varying the mass ratio of silica. The Graphite/Silicon/Pitch composites were analysed by XRD, SEM and XRD. Also the electrochemical performances of Graphite/Silicon/Pitch composite as the anode of lithium ion battery were investigated by constant current charge/discharge, rate performance, cyclic voltammetry and electrochemical impedance tests in the electrolyte of $LiPF_6$ dissolved in organic solvents (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%). The Graphite/Silicon/Pitch anode composite (silica 28.5 in weight) has better capacity (537 mAh/g). The cycle performance has an excellent capacity retention to 30th cycle of 95% and the retention rate capability of 98% in 0.1 C/0.2 C.
Lee, Han Eol;Kim, Dae Eop;Kim, Cheol Joong;Kim, Taekeun
Applied Chemistry for Engineering
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v.31
no.6
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pp.639-645
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2020
Among the components of redox flow battery (RFB), the electrode serves as a diffusion layer of an electrolyte and a path for electrons and also is a major component that directly affects the RFB performance. In this paper, chloric/sulfuric mixed acidwas used as a supporting electrolyte in RFB system with Fe2+/Fe3+ and V2+/V3+ as redox couple. The optimum electrode and activation temperature were suggested by comparing the capacity, coulombic efficiency and energy efficiency according to the electrode type and activation temperature. In the RFB single cell evaluation using 5 types of carbon electrodes used in the experiments, all of them showed close to the theoretical capacity to retain the reliability of the evaluation results. GFD4EA showed relatively excellent energy efficiency and charge/discharge capacity. In order to investigate the electrochemical performance according to the activation temperature, GFD4EA electrode was activated by heat treatment at different temperatures of 400, 450, 500, 600 and 700 ℃ under an air atmosphere. Changes in physical properties before and after the activation were observed using electrode mass retention, scanning electron microscope (SEM), XPS analysis, and electrochemical performance was compared by conducting RFB single evaluation using electrodes activated at each temperature given above.
In this study, $Fe_3O_4$/graphene and CuO/graphene composites were synthesized by the polyol reduction method using ethylene glycol, and their performances as the anodes of lithium ion batteries were evaluated. The physical characteristics of the synthesized composites were analyzed by SEM, XRD, and TGA. In addition, their electrochemical properties were examined by the electrochemical analysis techniques such as charge/discharge performance, cyclic voltammetry, and AC impedance spectroscopy. The cells composed of $Fe_3O_4$/graphene and CuO/graphene composites showed better performance than the graphene electrode, due to the dispersion of nanosized $Fe_3O_4$ or CuO on the surface of graphene and the formation of good electrical network in the electrode. Their composites kept the reversible capacity more than 600 mAh/g even after the charging/discharging of 30 cycles.
Kim, Ju Young;Kim, Jumi;Kang, Seok Hun;Shin, Dong Ok;Lee, Myeong Ju;Oh, Jimin;Lee, Young-Gi;Kim, Kwang Man
ETRI Journal
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v.42
no.1
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pp.129-137
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2020
All-solid-state batteries are promising energy storage devices in which high-energy-density and superior safety can be obtained by efficient cell design and the use of nonflammable solid electrolytes, respectively. This paper presents a systematic study of experimental factors that affect the electrochemical performance of all-solid-state batteries. The morphological changes in composite electrodes fabricated using different mixing speeds are carefully observed, and the corresponding electrochemical performances are evaluated in symmetric cell and half-cell configurations. We also investigate the effect of the composite electrode thickness at different charge/discharge rates for the realization of all-solid-state batteries with high-energy-density. The results of this investigation confirm a consistent relationship between the cell capacity and the ionic resistance within the composite electrodes. Finally, a concentration-gradient composite electrode design is presented for enhanced power density in thick composite electrodes; it provides a promising route to improving the cell performance simply by composite electrode design.
Cycle life test was carried out to evaluate the failure modes of the gel type nth batteries at $C_5$ currents and $100\%$ DOD. When the batteries were charged at constant voltage of 2.40 V and 2.50 Vi respectively, cycle lift was over 1,000 cycles. The batteries lost 426.4 g and 391.2 g of electrolyte far each case after the weight measurement. The battery charged at 2.50 V was shown to have a better cyclic performance than charged at 2.40 V, and the amounts of electrolyte loss was proportional to charge factor. After cycle test, the micro-structure of positive active material was completely changed and the corrosion layer of positive grid was about $50{\mu}m$. Failure mode of the positive plate of the gel type battery was a shedding of the positive active material, and the cause of discharge capacity decrease was found to be a electrolyte loss.
$Li_{4/3}Mn_{5/3}O_4$ having a defect structure was prepared by sol-gel process using lithium acetate and manganese acetate as starting materials, and their electrode characteristics in the lithium secondary battery was investigated. The reaction mole ratio was determined as $AA/Mn(OAc)_2$ of 0.2 and $NH_4OH/Mn(OAc)_2$ to $H_2O/Mn(OAc)_2$ of 0.4. The product was obtained through heat treatment at $350^{\circ}C$ for 12hrs after 1'st heat treatment at $150^{\circ}C$ of xerogel under oxygen atmosphere. When the charge and discharge cycles were performed between 2.0 V and 3.2 V, $Li/Li_{4/3}Mn_{5/3}O_4$ cell showed the dicharge capacity of 84.23 mAh/g and the good cycleability was obtained in the plateau region.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.8
no.2
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pp.25-29
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2001
This study examined the effects of carbon surface modification by the epoxy resin coating on the electrochemical performance. The mesocarbon microbeads(MCMB) carbon was surface-modified by coating the epoxy resin and its electrochemical properties as an anode was examined. The surface coating of MCMB was carried out by refluxing the MCMB powders in a dilute H2SO4 solution, and mixing them with the epoxy resin-dissolved tetrahydrofuran(THF) solution. Under heat-treatment of the coated MCMB at the temperature over $1000^{\circ}C$, the epoxy-resin coating layer was converted into amorphous phase which was identified by a high resolution transmission electron microscope (HRTEM). The epoxy resin coated MCMB has higher Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area, higher charge/ discharge capacity and better cycleability than a raw MCMB without coating. The reason for the enhancement of cell performance by the epoxy resin coating were considered as the epoxy resin coating layer plays an important role to be a barrier for carbon reacting with electrolyte and to retard the formation of passivation layer.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.9
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pp.1391-1397
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2015
Recently, various researches are conducted in the application of regenerative energy produced during the operation of an electric locomotive. Regenerative energy is produced by a generator in the brake procedure. The generator is operated by kinetic energy of an electric railroad using an electric motor. The process of producing regenerative energy varies with the current type of a railroad and its running condition. The quality of electric power can be improved and electric energy can be utilized effectively, especially in the use of an energy storage system (ESS). Thus, it is necessary to apply ESS into AC section and high speed railway. This study analyses the composition of the regenerative ESS equipment installed in Yong-Jeong sectioning post, operational principle, charge and discharge algorithm and energy efficiency. The analysis shows that CO2 emissions can be reduced about 0.5 ton per a day. In addition, ESS helps saving the energy and the compensation of the voltage drop caused by the operation of high speed train when it is installed at the end of the feeder section. The number of high speed train will be increased continuously related to the electrification rate. Therefore, applying the ESS to high speed railway is expected to solve the instability of the feeder voltage and the equipment capacity problem caused by the high speed trains.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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