In this review, the studies on the electrochemical properties of $TiO_2$ nanotube as an anode material of lithium-ion battery, which was prepared by an alkaline hydrothermal reaction and anneling process, were investigated andanalyzed in terms of charge-dischage characteristics. Up to date, a maximum discharge capacity of $338mAh\;g^{-1}$(x=1.01) was achieved by the nanotube with $TiO_2(B)$ phase, whereas the theoretical capacity of $TiO_2$ anode was $335mAh\;g^{-1}$(x=1) in the basis of $Li_xTiO_2$ as a product of electrochemical reaction between $TiO_2$ and lithium. This was due to fast lithium transport by a shortened diffusion path provided by controlling the nanostructure of $TiO_2$, because the self-diffusion of lithium was slow in a basis of its activation energy as 0.48 eV. Due to an excellent ion storage capabilities in both the surface and the bulk phase, the $TiO_2$ nanotube could be a promising active material as both an anode of lithium-ion battery and an electrode of capacitor with high-rate performances.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.05a
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pp.45.1-45.1
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2011
Cobalt-free $La_xSr_{4-x}Fe_6O_{13}$ ($0{\leq}x{\leq}2$) oxide have been synthesized and investigated as a potential cathode material for solid oxide fuel cells (SOFCs). $Sr_4Fe_6O_{13}$ consists of alternating perovskite layers ($Sr_4Fe_2O_8$) containing iron cations in octahedral oxygen coordination and $Fe_4O_5$ layers where iron cations have 5-fold coordination of two types-square pyramids and trigonal bipyramids. Our preliminary electrochemical testes of pristine $Sr_4Fe_6O_{13}$ show a rather high area specific resistance ($0.47{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$) for ~20 ${\mu}m$ thick layers with CGO electrolyte. The electrochemical performances are improved by La addition up to x=1 ($La_1Sr_3Fe_6O_{13}$, $0.06{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$). In addition, thermal expansion coefficient (TEC) values of $La_1Sr_3Fe_6O_{13}$ specimen demonstrated $15.1{\times}10^{-6}\;^{\circ}C^{-1}$ in the range of 25-900$^{\circ}C$, which provides good thermal expansion compatibility with the CGO electrolyte. An electrolyte supported (300-${\mu}m$-thick) single-cell configuration of $La_1Sr_3Fe_6O_{13}$/CGO/Ni-CGO delivered a maximum power density of 584 $mWcm^{-2}$ at $700^{\circ}C$. In addition, an anode supported single cell by YSZ electrolyte (10-${\mu}m$-thick) with a porous CGO interlayer between the cathode and the electrolyte to avoid undesired interfacial reactions exhibited 1,517 $mWcm^{-2}$ at $800^{\circ}C$. The unique composition of $La_1Sr_3Fe_6O_{13}$ with low thermal expansion coefficient and higher electrochemical properties could be a good cathode candidate for intermediate temperature SOFCs with CGO and YSZ electrolyte.
This article describes synthesis and electrochemical properties of layer-by-layer self-assembled multilayer film composed of polyaniline (PANi), graphene oxide (GO) and phytic acid (PA), whereby the GO was electrochemically reduced to ERGO, resulting in $(PANi/ERGO/PANi/PA)_{10}$ film electrode. Especially, we examined the possibility to improve the volumetric capacitive property of $(PANi/ERGO)_{20}$ film electrode via combining a spherical hexakisphosphate PA nanoparticle into the multilayer film that would dope PANi properly and also increase the porosity and surface area of the electrode. The electrochemical performances of the multilayer film electrodes were investigated using a three-electrode configuration in 1 M $H_2SO_4$ electrolyte. As a result, the $(PANi/ERGO)_{20}$ electrode showed the volumetric capacitance of $666F/cm^3$ at a current density of $1A/cm^3$, which was improved to the volumetric capacitance of $769F/cm^3$ for the $(PANi/ERGO/PANi/PA)_{10}$ electrode, in addition to the cycling stability maintained to 79.3% of initial capacitance after 1000 cycles. Thus, the electrochemical characteristics of the $(PANi/ERGO)_{20}$ electrode, which was densely packed by ${\pi}-{\pi}$ stacking between the electron-rich conjugate components, could have been improved through structural modification of the multilayer film via combining a spherical hexakisphosphate PA nanoparticle into the multilayer film.
In order to develop a novel polymer electrolyte membrane for direct methanol fuel cell (DMFC), styrene monomer was graft-polymerized into poly(tetrafluoroethylene perfluoropropyl vinyl ether) (PFA) film followed by a sulfonation reaction. The graft polymerization was prepared by the $\Upsilon$-ray radiation-grafting method. Subsequently, sulfonation of the radiation-grafted film was carried out in a chlorosulfonic acid/1,2-dichloroethane (2 v/v%) solution. The chemical, physical, electrochemical and morphological properties of the radiation-grafted membranes (PFA-g-PSSA) were characterized by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The water uptake, ionic conductivity, and methanol permeability of the PFA-g-PSSA membrane were also measured. The cell performances of MEA prepared with the PFA-g-PSSA membranes were evaluated and the cell resistances were measured by an impedance analyzer. The MEA using PFA-g-PSSA membranes showed superior performance for DMFCs in comparison with the commercial Nafion 112 membrane.
It is crucial to investigate the thermal degradation of lithium-ion batteries (LIBs) to understand the possible malfunction at high temperature. Herein, we investigated the effects of surface film formation on the thermal degradation of lithium cobalt oxide (LiCoO2, LCO) cathode that is one of representative cathode materials. Cycling test at 60℃ exhibited poorer cycleability compared with the cycling at 25℃. Cathodes after the initial 5 cycles at 60℃ (60-LCO) exhibited higher impedance compared to the cathode after initial 5 cycles at 25℃ (25-LCO), resulting in the lower rate capability upon subsequent cycling at 25℃, although the capacity values were similar at the lowest C-rate of 0.1C. In order to understand degradation of the LCO cathode at the high temperature, we analyzed the cathodes surface using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Among various peaks, intensity of lithium hydroxide (LiOH) increased substantially after the operation at 60℃, and the C-C signal that represents the conductive agent was distinctly lower on 60-LCO compared to 25-LCO. These results pointed to an excessive formation of cathode-electrolyte interphase including LiOH at 60℃, leading to the increase in the resistance and the resultant degradation in the electrochemical performances.
Choi, Jeong Eun;Bae, Ga Yeong;Yang, Jeong Min;Lee, Jong Dae
Korean Chemical Engineering Research
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v.51
no.3
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pp.308-312
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2013
Active carbons with high specific surface area and micro pore structure were prepared from the coconut shell char using the chemical activation method of NaOH. The preparation process has been optimized through the analysis of experimental variables such as activating chemical agents to char ratio and the flow rate of gas during carbonization. The active carbons with the surface area (2,481 $m^2/g$) and mean pore size (2.32 nm) were obtained by chemical activation with NaOH. The electrochemical performances of hybrid capacitor were investigated using $LiMn_2O_4$, $LiCoO_2$ as the positive electrode and prepared active carbon as the negative electrode. The electrochemical behaviors of hybrid capacitor using organic electrolytes ($LiPF_6$, $TEABF_4$) were characterized by constant current charge/discharge, cyclic voltammetry, cycle and leakage tests. The hybrid capacitor using $LiMn_2O_4$/AC electrodes had better capacitance than other hybrid systems and was able to deliver a specific energy as high as 131 Wh/kg at a specific power of 1,448 W/kg.
Jeong, Hyeon Taek;Kim, Se Hyun;Ahn, Won Jun;Choi, Jae Yong;Park, Hyeon Young;Kim, Chang Hyun;Kim, Yong Ryeol
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.35
no.4
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pp.1088-1095
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2018
In this study, reduced graphene oxide/polyaniline composite was fabricated tomaximize their advantages with electrochemical performances and use as a electrodematerial for supercapcaitor. Polyaniline as an electrode material was synthesized bychemical polymerization of aniline monomer and reduced graphene oxide wasintroduced to prepare composite with polyaniline without any pre-treatment. Thereduced graphene oxide, polyaniline and their composite electrodes were fabricatedon gold coated PET(polyethylene terephthalate) substrate through spray coatingmethod which can also apply to industrial scale. we have also prepared reducedgraphene oxide and polyaniline single material electrode to compare theirelectrochemical properties with reduced graphene oxide/polyaniline composite electrode. We have analyzed and compared electrochemical properties of eachelectrodes by using cyclic voltammetry(CV), galvanostaticcharge-discharge(GCD) and electrochemical impedancespectroscopy(EIS) at same condition. As a result, reduced graphene oxide /polyaniline composite electrode showed higher capacitance value more thanpolyaniline and reduced graphene oxide electrode, respectively. Internal resistanceof reduce graphene oxide/polyaniline composite electrode was 24% and 58% lessthan polaniline and reduced graphene oxide electrode respectively. These resultsconsidered that reduced graphene oxide/polyaniline composite electrode has potential ability and enable to apply flexible energy storage and wearable devices.
In this study, the electrochemical properties of pitch coated silicon sheets/graphite anode materials were investigated. Using NaCl as a template, silicon sheets were prepared through the stöber method and the magnesiothermic reduction methode. In order to synthesize the anode composite, the silicon sheets and graphite were combined with SDBS. The pitch coated silicon sheets/graphite was synthesized using THF as a solvent for the anode material composite. The physical properties of the prepared anode composites were analysed by XRD, SEM, EDS and TGA. The electrochemical performances of the prepared anode composites were performed by the current charge/discharge, rate performance, cyclic voltammetry and EIS tests in the electrolyte LiPF6 dissolved solvents (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%). As the silicon composition of silicon sheets/graphite composite material increased, the discharge capacity also increased, but the cycle stability tended to decrease. The anode material of pitch coated silicon sheets/graphite composite (silicon sheets:graphite=3:7 weight ratio) showed the initial discharge capacity of 1228.8 mAh/g and the capacity retention ratio of 77% after 50 cycles. From these results, it was found that the cycle stability of pitch coated silicon sheets/graphite was improved.
Choi, Na Hyun;Kim, Eun Bi;Yeom, Tae Ho;Lee, Jong Dae
Korean Chemical Engineering Research
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v.60
no.3
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pp.327-333
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2022
In this study, silicon/carbon nanotube/carbon (Si/CNT/C) composites for anode were prepared to improve the volume expansion of silicon used as a high-capacity anode material. Si/CNT were prepared by electrostatic attraction of the positively charged Si and negatively charged CNT and then hydrothermal synthesis was performed to obtain the spherical Si/CNT/C composites. Poly(vinylidene fluoride) (PVDF), polyacrylic acid (PAA), and styrene butadiene rubber (SBR) were used as binders for electrode preparation, and coin cell was assembled using 1.0 M LiPF6 (EC:DMC:EMC = 1:1:1 vol%) electrolyte and fluoroethylene carbonate (FEC) additive. The physical properties of Si/CNT/C anode materials were analyzed using SEM, EDS, XRD and TGA, and the electrochemical performances of lithium-ion batteries were investigated by charge-discharge cycle, rate performance, dQ/dV and electrochemical impedance spectroscopy tests. Also, it was confirmed that both capacity and rate performance were significantly improved using the PAA/SBR binder and 10 wt% FEC-added electrolyte. It is found that Si/CNT/C have the reversible capacity of 914 mAh/g, the capacity retention ratio of 83% during 50 cycles and the rate performance of 70% in 2 C/0.1 C.
Kim, Soo Yeon;Choi, Seung-Hyun;Lee, Eun Joo;Kim, Jeom-Soo
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.20
no.4
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pp.67-74
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2017
Layered Ni-rich NCM cathode materials $Li[Ni_xCo_{(1-x)/2}Mn_{(1-x)/2}]O_2$ ($x{\geq}0.6$) have advantages of high energy density and cost competitive over $LiCoO_2$. The discharge capacity of NCM increases proportionally to the Ni contents. However, there is a problem that it is difficult to realize the stable electrochemical performance due to cation mixing. In this study, synthesis conditions for the layered Ni-rich NCMs are investigated to achieve deliver the ones having good electrochemical performances. Synthesis parameters are atmosphere, lithium source, synthesis time, synthesis temperature and Li/M (M=transition metal) ratio. The degree of cation mixing gets worse as the Ni content is increased from $Li[Ni_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}]O_2$ (NCM6) to $Li[Ni_{0.8}Co_{0.1}Mn_{0.1}]O_2$ (NCM8). It is confirmed that higher level of cation mixing affects negatively on the electrochemical performance of NCMs. Optimum synthesis conditions are explored for NCMx (x=6, 7, 8) in order to reduce the cation mixing. Under optimized conditions for three representative NCMx, a high initial discharge capacity and a good cycle life are obtained for $180mAh{\cdot}g^{-1}$, 96.2% (50 cycle) in NCM6, $187mAh{\cdot}g^{-1}$, 94.7% (50 cycle) in NCM7, and $201mAh{\cdot}g^{-1}$, 92.7% (50 cycle) in NCM8, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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