Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.13
no.3
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pp.121-124
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2012
Olivine type $LiFePO_4$ cathode material was synthesized by solid-state reaction method including one-step heat treatment. To improve the electrochemical characteristics, graphite nanofiber (GNF) was added into $LiFePO_4$ cathode material. The structure and morphological performance of $LiFePO_4$ were investigated by X-ray diffraction (XRD); and a field emission-scanning electron microscope (FE-SEM). The synthesized $LiFePO_4$ has an olivine structure with no impurity, and the average particle size of $LiFePO_4$ is about 200~300 nm. With graphite nanofiber added, the discharge capacity increased from 113.43 mAh/g to 155.63 mAh/g at a current density of 0.1 $mA/cm^2$. The resistance was also significantly decreased by the added graphite nanofiber.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.35-38
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2004
Graphite nanofiber (GNF) and carbon nanotube (CNT) are novel fiber reinforcing materials which have outstanding physical and mechanical properties. Aluminum matrix composites reinforced graphite nanofiber were fabricated by conventional powder metallurgy (PM) method. The composites were prepared through ultrasonication, ball milling, and hot isostatic pressing. A uniform distribution of GNF in aluminum matrix could be obtained. To measure the mechanical properties of GNF-Al composites testings were done in indentation and compression. The compressive strength was enhanced according to reinforcing graphite nanofiber while the hardness was decreased. This study makes the high performance composites for future applications.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.15
no.6
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pp.338-343
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2014
A $Fe_3O_4$-graphite nanofiber composite for use as an anode material was successfully synthesized by calcining $Fe_3O_4$ and graphite nanofiber (GNF) together in a $N_2$ atmosphere. Using this $Fe_3O_4$-GNF composite in a lithium ion battery resulted in a higher lithium storage capacity than that obtained using $Fe_3O_4$-graphite ($Fe_3O_4$-G). The $Fe_3O_4$-GNF (10 wt%) electrode exhibited a higher lithium ion diffusion coefficient ($2.29{\times}10^{-9}cm^2s^{-1}$) than did the $Fe_3O_4$-G (10%) ($3.17{\times}10^{-10}cm^2s^{-1}$). At a current density of $100mA\;g^{-1}$, the $Fe_3O_4$-GNF (10 wt%) anode showed a higher reversible capacity ($1,031mAh\;g^{-1}$) than did the $Fe_3O_4$-G (10%) anode ($799mAh\;g^{-1}$). Moreover, the $Fe_3O_4GNF$ electrodes showed good cycling performance without the addition of a conductive material.
올리빈 구조의 $LiFePO_4$ 정극 활물질은 $650^{\circ}C$에서 고상법으로 제조되었다. $LiFePO_4$의 전자전도도를 향상시키기 위하여 graphite nanofiber(GNF)를 각각 3wt%, 5wt%, 7wt%, 9wt% 첨가하여 $LiFePO_4$-C를 제조하였다. 제조된 분말의 입자 형태를 확인하기 위하여 X-ray diffraction(XRD)과 File Electronic Scaning Electromicroscopy(FE-SEM)를 측정하였다. XRD결과로부터 제조된 분말은 모두 순수한 결정 구조를 나타내었고 입자의 크기는 약 200nm였다. 5wt% GNF를 첨가한 $LiFePO_4$-C는 기타 첨가량에 비해 방전용량이 가장 높았다. 첫 사이클의 용량은 151.73mAh/g 나타났고 50 사이클 뒤에도 92% 이상을 유지하고 있었다. 첨가하지 않은 것에 비해 43% 증가하였다. $LiFePO_4$-C(3wt%), $LiFePO_4$-C(7wt%), $LiFePO_4$-C(9wt%)의 첫 사이클 방전용량은 각각 147.94mAh/g, 136.64mAh/g, 121.07mAh/g 나타났다. $LiFePO_4$-C(5wt%)에 비해 용량은 떨어쪘지만 순수한 $LiFePO_4$보다 많이 높았다. 임피던스 결과를 보면 기타 첨가량에 비해 $LiFePO_4$-C(5wt%)의 저항 제일 낮았다. 이는 충방전 결과와 일치하였다. graphite nanofiber의 첨가로 인하여 $LiFePO_4$ 정극 활물질의 전자전도도가 높아지고, 따라서 전기화학적 특성도 크게 향상되었다.
This paper describes the physical properties of filled Nylon6 composites resin with nano-sized carbon black particle and graphite nanofibers prepared by melt extrusion method. In improving adhesions between resin and fillers, the surface of the carbon filler materials were chemically modified by thermo-oxidative treatments and followed by treatments of silane coupling agent. Crystallization temperature and rate of crystallization increased with increases in filler concentration which would act as nuclei for crystallization. The silane treatments on the filler materials showed effect of reduction in crystallization temperature, possibly from enhancement in wetting property of the surface of the filler materials. Percolation transition phenomenon at which the volume resistivity was sharply decreased was observed above 9 wt% of carbon black and above 6 wt% of graphite nanofiber. The graphite nanofibers contributed to more effectively in an increase in electrical conductivity than carbon black did, on the other hand, the silane coupling agent negatively affected to the electrical conductivity due to the insulating property of the silane. Positive temperature coefficient (PTC) phenomenon, was observed as usual in other composites, that is, temperature increase results conductivity increase. The dispersity of the fillers were excellently approached by melt extrusion of co-rotational twin screw type and it could be illustrated by X-ray diffraction and SEM.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.20
no.2
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pp.130-140
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2003
In order to improve the lithium ion battery's performance, the carbon nanofibers were introduced to the anode electrode fabricated with natural graphite particles. The influence of structural adjustment of the particles by the introduction method of carbon nanofibers and the content of carbon nanofibers on the electrical property and charge/discharge characteristics of the electrode were investigated. The electrode fabricated with the mixture of 10 wt% of carbon nanofibers grown separately and 90 wt% of graphite particles showed an excellent discharge capacity of 400 mAh/g and the improved cycle performance. The improved performance could be explained by that the carbon nanofibers shortened and uniformly distributed on the surface of graphite particles by ball milling increased the stability for the intercalation/deintercalation of lithium ion and increased the electrical conductivity due to the closed packing between graphite particles.
Kim Dong-Kyu;Park Sun Ho;Kim Byung Chul;Chin Byung Doo;Jo Seong Mu;Kim Dong Young
Macromolecular Research
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v.13
no.6
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pp.521-528
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2005
Electrospun polyacrylonitrile (PAN) nanofibers were carbonized with or without iron (III) acetylacetonate to induce catalytic graphitization within the range of 900-1,500$^{circ}C$, resulting in ultrafine carbon fibers with a diameter of about 90-300 nm. Their structural properties and morphologies were investigated. The carbon nanofibers (CNF) prepared without a catalyst showed amorphous structures and very low surface areas of 22-31 $m^{2}$/g. The carbonization in the presence of the catalyst produced graphite nanofibers (GNF). The hydrogen storage capacities of these CNF and GNF materials were evaluated through the gravimetric method using magnetic suspension balance (MSB) at room temperature and 100 bar. The CNFs showed hydrogen storage capacities which increased in the range of 0.16-0.50 wt$\%$ with increasing carbonization temperature. The hydrogen storage capacities of the GNFs with low surface areas of 60-253 $m^{2}$/g were 0.14-1.01 wt$\%$. Micropore and mesopore, as calculated using the nitrogen gas adsorption-desorption isotherms, were not the effective pore for hydrogen storage.
Nanostructured carbon materials have been found to have applications in fuel cell electrodes, field emitters, electronic devices, sensors and electromagnetic absorbers, etc. Especially, the CNF (carbon nanofiber) can be expected to play an important role in catalyst supporters for fuel cell electrodes and chemical reactions. In this study, we synthesized CNF from a liquid phase carbon source by a solvothermal method. In addition, we studied the parameters for the preparation of CNF by controlling heating and cooling rates, synthesis temperature and time. We characterized the CNF by SEM/TEM, XRD, Raman spectroscopy and EDS. We found that the heating and cooling rate have strong effects on the CNF formation and growth. We were able to prepare the best CNF at the heating rate of $10^{\circ}$/min, at $450^{\circ}$ for 60 minutes, and at the cooling rate of $4^{\circ}$/min. As a result of Raman spectra, we found that the sample showed two characteristic Raman bands at ${\sim}1350cm^{-1}$ (D band) and ${\sim}1600cm^{-1}$ (G band). The G band indicates the original graphite feature, but the D band has been explained as a disorder feature of the carbon structure. The diameter and length of the CNF was about $15{\sim}20nm$, and over $1{\mu}$, respectively.
Effect of heat treatment of carbon nanofibers (CNF) on electrical properties and crystallization behavior of polypropylene was reported. Two types of CNFs (untreated and heat treated at 2300 $^{\circ}C$) were incorporated into polypropylene (PP) using intensive mixing. A significant drop in volume resistivity was observed with composites containing untreated 5 wt % and heat treated 3 wt % CNF. In non-isothermal crystallization studies, both untreated and heat treated CNFs acted as nucleating agents. Composites with heat treated CNFs showed a higher crystallization temperature than composites with untreated CNFs did. TEM results of CNF revealed that an irregular structure of CNFs can be converted into the continuous graphitic structure after heat treatment. Furthermore, STM showed that the higher carbonization temperature leads to the higher graphite degree which presents the larger carbon network size, suggesting that a more graphitic structure of CNFs led to a higher crystallization temperature of PP.
Lithium-ion batteries (LIBs) have attracted significant attention as potential energy storage solutions due to their high energy density, minimal self-discharge, extended cycle life, and absence of memory effects. However, conventional LIBs use graphite as the anode material and as a result struggle to meet the increasing demand for higher energy density because of the low theoretical capacity of graphite. In order to enhance Li storage capacity and address the current limitations of LIBs, this study designed and analyzed SnO2 nanoflakes/CNF, which is an advanced anode material with a unique hierarchical structure synthesized via a facile method involving incipient wetness followed by annealing. The in-situ formed SnO2 nanoflakes improve the electrolyte accessibility and shorten the ion and electron transport pathways, thereby enhancing the reaction kinetics. Additionally, the CNF matrix enhances the electrical conductivity, accelerates electron transport, and mitigates volume changes. The integrated SnO2 nanoflakes/CNF cell demonstrated outstanding cycling performance and excellent rate capability, achieving a notable reversible capacity of 636 mAh g-1 after 100 cycles at 0.1 C. This study provides valuable insights into the design of high-efficiency anode materials for the advancement of high-performance LIBs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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