The importance of high capacity energy storage devices has recently emerged for stable power supply through renewable energy generation. From this point of view, the Na-air battery (NAB), which is a next-generation secondary battery, is receiving huge attention because it can realize a high capacity through abundant and inexpensive raw materials. In this study, activated carbon-based catalysts for hybrid type Na-air batteries were prepared and their characteristics were compared and analysed. In particular, from the viewpoint of resource recycling, activated carbon (Orange-C) was prepared using discarded orange peel, and performance was compared with Vulcan carbon, which is widely used. In addition, a Pt/C catalyst (homemade-Pt/C, HM-Pt/C) was synthesized using a modified polyol method to check whether the prepared activated carbon can be used as a supported catalyst, and a commercial Pt/C catalyst (Commercial Pt/C) and electrochemical performance were compared. The prepared Orange-C exhibited a typical H3 type BET isotherm, which is evidence that micropore and mesopore exist. In addition, in the case of HM-Pt/C, it was confirmed through TEM analysis that Pt particles were evenly distributed on the activated carbon supported catalyst. In particular, the HM-Pt/C-based NAB showed the smallest voltage gap (0.224V) and good voltage efficiency (92.34%) in the 1st galvanostatic charge-discharge test. In addition, the cycle performance test conducted for 20 cycles showed the most stable performance.
Park, Daehan;Han, Ji-Hoon;Kim, Taeheon;Pak, Jungho
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.12
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pp.1626-1632
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2018
In this paper, we describe the fabrication and characterization of a hydrogen peroxide ($H_2O_2$) sensor based on palladium and copper (PdCu) electroplated laser induced graphene (LIG) electrodes. $CO_2$ laser was used to form LIG electrodes on a PI film. This fabrication method allows simple control of the LIG electrode size and shape. The PdCu was electrochemically deposited on the LIG electrodes to improve the electrocatalytic reaction with $H_2O_2$. The electrochemical performance of this sensor was evaluated in terms of selectivity, sensitivity, and linearity. The physical characterization of this sensor was conducted using scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), which confirmed that PdCu was formed on the laser induced graphene electrode. In order to increase the sensor sensitivity, the Pd:Cu ratio of the electroplated PdCu was varied to five different values and the condition of highest amperometric current at an identical of $H_2O_2$ concentration was chosen among them. The resulting amperometric current was highest when the ratio of Pd:Cu was 7:3 and this Pd;Cu ratio was employed in the sensor fabrication. The fabricated PdCu/LIG electrode based $H_2O_2$ sensor exhibited a sensitivity of $139.4{\mu}A/mM{\cdot}cm^2$, a broad linear range between 0 mM and 16 mM of $H_2O_2$ concentrations at applied potential of -0.15 V, and high reproducibility (RSD = 2.6%). The selectivity of the fabricated sensors was also evaluated by applying ascorbic acid, glucose, and lactose separately onto the sensor in order to see if the sensor ourput is affected by one of them and the sensor output was not affected. In conclusion, the proposed PdCu/LIG electrode based $H_2O_2$ sensor seems to be suitable $H_2O_2$ sensor in various applications.
Currently graphite is used as an anode active material for lithium ion battery. However, since the maximum theoretical capacity of graphite is limited to $372mA\;h\;g^{-1}$, a new anode active material is required for the development of next generation high capacity and high energy density lithium ion battery. The maximum theoretical capacity of Si is $4200mA\;h\;g^{-1}$, which is about 10 times higher than the maximum theoretical capacity of graphite. However, since the volume expansion rate is almost 400%, the irreversible capacity increases as the cycle progresses and the discharge capacity relative to the charge is remarkably reduced. In order to solve these problems, it is possible to control the particle size of the Si anode active material to reduce the mechanical stress and the volume change of the reaction phase, thereby improving the cycle characteristics. Therefore, in order to minimize the decrease of the charge / discharge capacity according to the volume expansion rate of the Si particles, the improvement of the cycle characteristics was carried out by pulverizing Si by a dry method with excellent processing time and cost. In this paper, Si is controlled to nano size using vibrating mill and the physicochemical and electrochemical characteristics of the material are measured according to experimental variables.
Two polymer precursors, polyvinylidene chloride-resin (PVDC-resin) and polyvinylidene fluoride (PVDF), are assembled into the microporous carbon by pyrolysis. Microporous carbon is advantageous as an electrode for supercapacitors that store electric charges through ion adsorption/desorption. The pyrolysis also turns the various heteroatoms of two precursors into functional groups, contributing to the additional charge storage. The analysis of the porous structure and function group during carbonization are important to develop the carbon for energy storage. Here, we analyzed the functional groups of two polymer-derived carbons through X-ray photoelectron spectroscopy. The electrochemical properties of the functional groups were explored in various pH electrolytes. The specific capacitance of two carbons in the acidic electrolyte (1 M H2SO4) was improved compared to that in the neutral electrolyte (0.5 M Na2SO4) due to the faradaic charge/discharge reaction of the quinone functional group. In particular, the carbon electrode derived from PVDC-resin exhibits a lower capacity than the carbon from PVDF due to the small micropores. In the alkaline electrolyte (6 M KOH), the highest specific capacitance and rate capability were obtained among the three electrolytes for both electrodes based on the facile adsorption of the constituent electrolyte ions (K+, OH-).
Ha, Jeonghan;Huh, Hwang;Kang, Tae Young;Lee, Yong Seok;Yoon, Soon Ho;Shin, Jungwon;Nam, Hakhyun;Cha, Geun Sig
Analytical Science and Technology
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v.19
no.6
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pp.482-489
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2006
Two electrode-based lactate biosensor was prepared by immobilizing lactate oxidase (LOD) obtained from pediococcus species in a poly(vinyl alcohol). Hydrogen peroxide ($H_2O_2$) produced by the reaction of lactate and LOD was detected on the Pt-black that was electrochemically deposited on the Au electrode. Sensors fabricated with Pt-black deposited Au electrode provided a high current of $H_2O_2$ oxidation at a substantially lowered applied potential (+300 mV vs. Ag/AgCl), resulting in reduced interferences from easily oxidizable species such as ascorbic acid, acetaminophen, and uric acid. An outer membrane is formulated by adjusting water uptake of hydrophilic polyurethane (HPU). The sensor performance was evaluated in vitro with both flow-through arrangement and static mode. The sensor showed a linear range from 0.1 mM to about 9.0 mM in 0.05 M phosphate buffer (pH 7.6) containing 0.05 M NaCl. Storing the sensors prepared in this work at $4^{\circ}C$ buffer solution while not in use, they provided same electrochemical performance for more than 25 days.
Terephthalaldehyde (TPA) is introduced as a cross liker to enhance electron transfer of hemin-based cathodic catalyst consisting of polyethyleneimine (PEI), carbon nanotube (CNT) for hydrogen peroxide reduction reaction (HPRR). In the cyclic voltammetry (CV) test with 10 mM H2O2 in phosphate buffer solution (pH 7.4), the current density for HPRR of the suggested catalyst (CNT/PEI/hemin/PEI/TPA) shows 0.2813 mA cm-2 (at 0.2 V vs. Ag/AgCl), which is 2.43 and 1.87 times of non-cross-linked (CNT/PEI/hemin/PEI) and conventional cross liker (glutaraldehyde, GA) used catalyst (CNT/PEI/hemin/PEI/GA), respectively. In the case of onset potential for HPRR, that of CNT/PEI/hemin/PEI/TPA is observed at 0.544 V, while those of CNT/PEI/hemin/PEI and CNT/PEI/hemin/PEI/GA are 0.511 and 0.471 V, respectively. These results indicate that TPA plays a role in facilitating electron transfer between the electrodes and substrates due to the π-conjugated cross-linking bonds, whereas conventional GA cross-linker increases the overpotential by interrupting electron and mass transfer. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) results also display the same tendency. The charge transfer resistance (Rct) of CNT/PEI/hemin/PEI/TPA decreases about 6.2% from that of CNT/PEI/hemin/PEI, while CNT/PEI/hemin/PEI/GA shows the highest Rct. The polarization curve using each catalyst also supports the superiority of TPA cross liker. The maximum power density of CNT/PEI/hemin/PEI/TPA (36.34±1.41 μWcm-2) is significantly higher than those of CNT/PEI/hemin/PEI (27.87±0.95 μWcm-2) and CNT/PEI/hemin/PEI/GA (25.57±1.32 μWcm-2), demonstrating again that the cathode using TPA has the best performance in HPRR.
In this study, conductive polymers and the enzyme tyrosinase (Tyr) were deposited on the surface of a screen printed carbon electrode (SPCE), which can be fabricated as a disposable sensor chip, and applied to the detection of bisphenol F (BPF), an endocrine disruptor with proven links to male diseases and thyroid disorders, using electrochemical methods. On the surface of the SPCE working electrode, which was negatively charged by oxygen plasma treatment, a positively charged conductive polymer, poly(diallyldimethyl ammonium chloride) (PDDA), a negatively charged polymer compound, poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS), and another layer of PDDA were layered by electrostatic attraction in the order of PDDA, PSS, and finally PDDA. Then, a layer of Tyr, which was negatively charged due to pH adjustment to 7.0, was added to create a PDDA-PSS-PDDA-Tyr sensor for BPF. When the electrode sensor is exposed to a BPF solution, which is the substrate and target analyte, 4,4'-methylenebis(cyclohexa-3,5-diene-1,2-dione) is generated by an oxidation reaction with the Tyr enzyme on the electrode surface. The reduction process of the product at 0.1 V (vs. Ag/AgCl) generating 4,4'-methylenebis(benzene-1,2-diol) was measured using cyclic and differential pulse voltammetries, resulting in a change in the peak current with respect to the concentration of BPF. In addition, we compared the detection performance of BPF using an ionic liquid electrolyte as an alternative to phosphate-buffered saline, which has been used in many previous sensing studies. Furthermore, the selectivity of bisphenol S, which acts as an interfering substance with a similar structure to BPF, was investigated. Finally, we demonstrated the practical applicability of the sensor by applying it to analyze the concentration of BPF in real samples prepared in the laboratory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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