Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2003.07b
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pp.1184-1187
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2003
Electrochemical capacitors are becoming attractive energy storage systems particularly for applications involving high power requirements such as hybrid systems consisting of batteries and electrochemical capacitors for electric vehicle propulsion. A new type electric double layer capacitor (EDLC) was constructed by using carbon nanofibers (CNFs) and DAAQ(1,5-diaminoanthraquinone) electrode. Carbonaceous materials are found in variety forms such as graphite, diamond, carbon fibers etc. While all the carbon nanofibers include impurities such as amorphous carbon, nanoparticles, catalytic metals and incompletely grown carbons. We have eliminated of Ni particles and some carbonaceous particles in nitric acid. Nitric acid treated CNFs could be covered with very thin DAAQ oligomer from the results of CV and TG analyses and SEM images. DAAQ oligomer film exhibited a specific capacity as 45-50 Ah/kg in 4M $H_2SO_4$. We established Process Parameters of the technique for the formation of nano-structured materials. Furthermore, improved the capacitive properties of the nano structured CNFs electrodes using controlled solution chemistry. As a result, CNFs coated by DAAQ composite electrode showed relatively good electrochemical behaviors in acidic electrolyte system with respect to specific capacity and scan rate dependency.
The membrane structure provides high satisfaction with lightweight, improved workability, reduced cost, and a free shape. Thus, its applications expanding. On the other hand, in an architectural membrane that is vulnerable to fire, the development of various architectural membranes with flame resistance is in demand. Therefore, this study applied basalt woven fabric safety for flame resistance, excellent heat insulation and thermal properties on an architectural membrane. The PTFE- coated basalt woven fabric membrane was compared with a PTFE coated glass fiber membrane by DSC/TGA, strength properties, flammability, and incombustibility properties. In addition, this study confirmed the membrane applicability of basalt woven fabric and basalt-glass hybrid woven fabric through a comparison with existing architectural membranes.
Fuel cells have been considered as alternative power generation system in the twenty-first century because of eco-friendly system, high power density and efficiency compare with petroleum engine system. Proton exchange membranes (PEMs) are the key components in fuel cell system. Currently, Nafion has been used in fuel cell system. However, Nafion has disadvantages such as low conductivity at high temperature and high cost. The researchers have focused to reach the high properties such as high proton conductivity, low permeability to fuel, good chemical/thermal stability, good mechanical properties and low manufacturing cost. Various methods have been developed for preparation of proton exchange membrane with high performance and commercialization of fuel cell system. The hybrid organic/inorganic membrane has the potentials to provide a unique combination of organic and inorganic properties with improved proton conductivity and mechanical property at high temperatures. So, this paper presents an overview of research trend for the composite membranes prepared by organic/inorganic system using various inorganic materials.
An appropriate way to fabricate a hybrid composite containing evenly dispersed carbon nano tubes(CNTs) is to stacking B-stage resin films that contain evenly dispersed CNTs and various reinforcing fiber layers alternatively. In the present study, B-stage resin films are manufactured via shear mixing and three-roll milling. CNT dispersion in resin via these two processes are evaluated by SEM on their fracture surfaces. For more efficient process, the dispersivities are evaluated according to the number of calendering passes. Samples are made for different number of passes during calendering, and their dispersions are evaluated via SEM fractographs as well as by measuring their electrical conductivities. Additionally, the optimal process conditions are obtained by measuring the electrical conductivity and evaluating their dispersivity of the samples prepared by gap mode and force mode.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.05a
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pp.5-5
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2011
The research and development of hybrid electric vehicle (HEV), plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) and electric vehicle (EV) are intensified due to the energy crisis and environmental concerns. In order to meet the challenging requirements of powering HEV, PHEV and EV, the current lithium battery technology needs to be significantly improved in terms of the cost, safety, power and energy density, as well as the calendar and cycle life. One new technology being developed is the utilization of composite cathode by mixing two different types of insertion compounds [e.g., spinel $LiMn_2O_4$ and layered $LiMO_2$ (M=Ni, Co, and Mn)]. Recently, some studies on mixing two different types of cathode materials to make a composite cathode have been reported, which were aimed at reducing cost and improving self-discharge. Numata et al. reported that when stored in a sealed can together with electrolyte at $80^{\circ}C$ for 10 days, the concentrations of both HF and $Mn^{2+}$ were lower in the can containing $LiMn_2O_4$ blended with $LiNi_{0.8}Co_{0.2}O_2$ than that containing $LiMn_2O_4$ only. That reports clearly showed that this blending technique can prevent the decline in capacity caused by cycling or storage at elevated temperatures. However, not much work has been reported on the charge-discharge characteristics and related structural phase transitions for these composite cathodes. In this presentation, we will report our in situ x-ray diffraction studies on this mixed composite cathode material during charge-discharge cycling. The mixed cathodes were incorporated into in situ XRD cells with a Li foil anode, a Celgard separator, and a 1M $LiPF_6$ electrolyte in a 1 : 1 EC : DMC solvent (LP 30 from EM Industries, Inc.). For in situ XRD cell, Mylar windows were used as has been described in detail elsewhere. All of these in situ XRD spectra were collected on beam line X18A at National Synchrotron Light Source (NSLS) at Brookhaven National Laboratory using two different detectors. One is a conventional scintillation detector with data collection at 0.02 degree in two theta angle for each step. The other is a wide angle position sensitive detector (PSD). The wavelengths used were 1.1950 ${\AA}$ for the scintillation detector and 0.9999 A for the PSD. The newly installed PSD at beam line X18A of NSLS can collect XRD patterns as short as a few minutes covering $90^{\circ}$ of two theta angles simultaneously with good signal to noise ratio. It significantly reduced the data collection time for each scan, giving us a great advantage in studying the phase transition in real time. The two theta angles of all the XRD spectra presented in this paper have been recalculated and converted to corresponding angles for ${\lambda}=1.54\;{\AA}$, which is the wavelength of conventional x-ray tube source with Cu-$k{\alpha}$ radiation, for easy comparison with data in other literatures. The structural changes of the composite cathode made by mixing spinel $LiMn_2O_4$ and layered $Li-Ni_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ in 1 : 1 wt% in both Li-half and Li-ion cells during charge/discharge are studied by in situ XRD. During the first charge up to ~5.2 V vs. $Li/Li^+$, the in situ XRD spectra for the composite cathode in the Li-half cell track the structural changes of each component. At the early stage of charge, the lithium extraction takes place in the $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component only. When the cell voltage reaches at ~4.0 V vs. $Li/Li^+$, lithium extraction from the spinel $LiMn_2O_4$ component starts and becomes the major contributor for the cell capacity due to the higher rate capability of $LiMn_2O_4$. When the voltage passed 4.3 V, the major structural changes are from the $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component, while the $LiMn_2O_4$ component is almost unchanged. In the Li-ion cell using a MCMB anode and a composite cathode cycled between 2.5 V and 4.2 V, the structural changes are dominated by the spinel $LiMn_2O_4$ component, with much less changes in the layered $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component, comparing with the Li-half cell results. These results give us valuable information about the structural changes relating to the contributions of each individual component to the cell capacity at certain charge/discharge state, which are helpful in designing and optimizing the composite cathode using spinel- and layered-type materials for Li-ion battery research. More detailed discussion will be presented at the meeting.
In this study, to improve the thermal stabilities of the epoxy composite specimens in addition to the enhanced mechanical properties, those were reinforced with carbon nanotubes and micrometer-sized silica particles. To disperse the filler in matrix relatively simple physical process, specimens were fabricated using shear mixing and sonication. Tensile strength, coefficients of thermal expansion and thermal conductivity of the specimens were measured with varied contents of the two fillers. The mechanical and thermal properties were also discussed, and the experimental results of thermal expansion related to the thermal stability of the specimens were compared with those from several micromechanics models. The hybrid composites specimens incorporating 0.6 wt% of carbon nanotubes and 50 wt% of silica particles showed better mechanical properties than the others with increase in tensile strength up to 11%, with respect to those of the baseline specimens. As the silica contents were increased the thermal expansion was reduced down to 36%, and the thermal stability was improved with the decreased thermal deformation. Thermal conductivity of the epoxy composite specimens incorporating 50 wt% of silica particles was enhanced, which demonstrate improvement of 72%. The mechanical and thermal properties of the hybrid composites specimens incorporating the two fillers were improved simultaneously.
Lee Sang Jin;Oh Kyung Won;Jeong Jong Cheol;Kong Chang duk;Kim Jeong Seok;Cho Se Hyun
Composites Research
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v.19
no.1
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pp.9-14
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2006
Experimental investigation on heat transfer ratio was firstly performed with three types of sandwich panels such as the Carbon/Epoxy Skin-Aluminum Honeycomb and Balsa Core Sandwich Panel of 37mm thickness, the Carbon/Epoxy Aluminum Skin-Honeycomb Core Sandwich Panel of 57mm thickness (including insulator) and the Carbon/Epoxy Skin-Aluminum Honeycomb Core Sandwich Panel of 37mm thickness based on the KS F 2278:2003(Insulation test method of windows). In additional to this investigation, experimental tests were also done for evaluation of heat transportation ratio with the Aluminum Skin- Aluminium Honeycomb Sandwich Panels of 27mm and 35mm thickness, and Aluminum Skin-Foaming Aluminum Sandwich Panel of 27mm thickness by the KS F2277:2002 (Insulation measuring method of construction component-Calibration heat box method or protective heat box method). In this study, it was found that the larger net heat transfer cross sectional area between the skin and the sandwich core is given, the higher heat transportation ratio occurs. It was also found that the hybrid type insulation had better insulation characteristics compared to the non-hybrid type insulation.
The application of composite cathode materials including $LiFePO_4$ (lithium iron phosphate) of olivine crystal structure, which has high thermal stability, were investigated as alternatives for hybrid battery-capacitors with a $LiMn_2O_4$ (spinel crystal structure) cathode, which exhibits decreased performance at high temperatures due to Mn-dissolution. However, these composite cathode materials have been shown to have a reduction in capacity by conducting life cycle experiments in which a $LiFePO_4$/activated carbon cell was charged and discharged between 1.0 V and 2.3 V at two temperatures, $25^{\circ}C$ and $60^{\circ}C$, which caused a degradation of the anode due to the lowered voltage in the anode. To avoid the degradation of the anode, composite cathodes of $LiFePO_4/LiMn_2O_4$ (50:50 wt%), $LiFePO_4$/activated carbon (50:50 wt%) and $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ (50:50 wt%) were prepared and the life cycle experiments were conducted on these cells. The composite cathode including $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ of layered crystal structure showed stable voltage behavior. The discharge capacity retention ratio of $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ was about twice as high as that of a $LiFePO_4/LiMn_2O_4$ cell at thermal stability experiment for a duration of 1,000 hours charged at 2.3 V and a temperature of $80^{\circ}C$.
Al/expanded graphite was successfully synthesized through a facile method including ultrasonic and heat treatment. In the well-designed three dimensional structure, expanded graphite(EG) works as a conductive matrix to support coated Al particles. The effects of the fabrication parameters on the microstructures and thermal conductivities of these composites were investigated. As a result, it was found that composites with graphite volume fraction of 17.4-69.4 % sintered at $600^{\circ}C$/45MPa exhibit in-plane thermal conductivities of 380-940 W/mK, over 90 % of the predictions by rule of mixture. According to the non-destructive analysis results, the synergistic enhancement was caused by the formation of efficient thermally conductive pathways due to the hybrid of the differently sized EG. The structure integrates the advantages of expanded graphite as a conductive support, preserving the electrode activity and integrity and improving the electrochemical performance.
To improve photocatalytic performance, a $PbS/ZnO/TiO_2$ nanotube catalyst was synthesized, and its surface characteristics and photocatalytic efficiency were investigated. The hybrid photocatalysts were produced by anodic oxidation and successive ionic layer adsorption and reaction(SILAR). The photocatalytic efficiency was evaluated using the dye degradation rate. The $PbS/ZnO/TiO_2$ photocatalyst significantly enhanced the photocatalytic activity for dye degradation, which was ascribed to the synergistic effect of their better absorption of solar light and a decrease in the rate of excited electron-hole recombination.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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