This study presents preparation and characterization of composite membranes based on ionic liquids. The ionic liquids act as water in sulfonated membranes. On the behalf of ionic conduction through ionic liquid inside the membranes, non-aqueous membranes showed Arrenhius dependence on temperature with no external humidification. It was implied that hopping mechanism of proton was dominant in the ionic liquid based membranes. In addition, small angle X-ray (SAXS) studies provided the information on morphology of ionic clusters formed by the interaction between sulfonic acid groups of the polymers and ionic liquids. The SAXS spectra showed matrix peaks, ionomer peaks and Prodo's law for Nafion based composite membranes and only matrix peaks for hydrocarbon based ones. However, ionic conductivity and atomic force microscopy (AFM) images showed the clear formation of ionic clusters of the hydrocarbon based composite membranes. It implies for ionic liquid based high temperature membranes that it is important to use sulfonated polymers as solid matrix of ionic liquid which can form clear ionic clusters in SAXS spectra.
Ionic liquids are steadily attracting interests throughout a recent decade and their application is expanding into various fields including electrochemistry due to their unique properties such as non-volatility, inflammability, low toxicity, good ionic conductivity, wide electrochemical potential window and so on. These features make ionic liquids become an alternative solution for electrodeposition of metals that cannot be electroplated in aqueous electrolytes. In this review, we classify investigated metals into three categories, which are light (Li, Mg), refractory (Ti, Ta) and noble (Pd, Pt, Au) metals, rather than covering the exhaustive list of metals and try to update the recent development in this area. In electrodeposition of light metals, granular fine Li particles were successfully obtained while the passivation of electrodeposited Mg layers is an obstacle to reversible deposition-dissolution process of Mg. In the case of refractory metals, the quality of Ta and Ti deposit particles was effectively improved with addition of LiF and pyrrole, respectively. In noble metal category, EMIM TFSA ionic liquid as an electrolyte for Au electrodeposition was proven to be effective and BMP TFSA ionic liquid developed a smooth Pd deposit. Pt nanoparticle production from ionic liquid droplet in aqueous solution can be cost-effective and display an excellent electrocatalytic activity.
The solid state dye-sensitized saolrc cells (DSSCs) employing polymer electrolytes show high overall energy conversion efficiency as high as 4.5% at 1 sun conditions. The improved efficiency may be primarily due to the enlarged interfacial contact area between the electrolyte and dyes in addition to the increased ionic conductivity, which were done by utilizing liquid oligomers, followed by in situ self-solidification, to form the solid DSSCs "Oligomer Approach". The effect of the charge transfer resistance at the counter electrode side on the effciency has also been investigated.
Grain-boundary conduction in the fluorite-structure solid oxide electrolytes such as acceptor-doped zirconia and ceria were reviewed. The siliceous impurity, even several hundreds ppm, affects the ionic conduction across grain boundary to a great extent. Various approaches to improve grain-boundary conduction in fluorite-structure oxide electrolytes have been investigated, which include (1) the scavenging of siliceous phase by the reaction with second phase, (2) the gathering of intergranular siliceous phase into a discrete configuration and (3) the dewetting of intergranular liquid phase by post-sintering heat treatment.
Recently, conducting polymer has been much attracted as novel materials because of its electronic behavior and functional application by doping process. In this paper, we electrochemically synthesized polyaniline films under potential sweep conditions, which exhibit high electric conductivity about 200 S/cm. Specific energy of 600 Wh/kg and Ah efficiency 98% were achieved during the charge/discharge cycling using liquid electrolyte system. On the other hand, consequences of the cycling were 260 Wh/kg and 95% Ah efficiency using polyethylene oxide(PEO) based solid-state electrolyte system.
Dye-sensitized solar cell (DSSC) has been extensively investigated as the next generation energy source. Despite attractive features of simple fabrication process and its economical efficiency, there are some problems such as low efficiency and low long-term stability. Many groups have attempted the proposed way to improve the cell efficiency and long-term stability such as low recombination rate between $TiO_2$ surface and electrolyte, the development of new dye molecules capable of light adsorption as broadly as possible, the fabrication of a solid-state DSSC by replacing the liquid electrolyte, and protective coating on glass. In this work, we confirmed new dye-coating conditions to maximize the dye adsorption between the dye and $TiO_2$ nanoparticle surface. The experiment results coating conditions with the coating temperature of $70^{\circ}C$, the dye concentration of 10 mM and the coating time of 3 min. Conditions have two times, three times cycle the experiment in progress efficiency rises.
Polypyrrole films were electrochemically synthesized under a constant current condition ranging from 50 ${\mu}$A/$\textrm{cm}^2$ to 2 mA/$\textrm{cm}^2$ with resultant high electrical conductivity about 100 S/cm. Specific energy of 70 Wh/kg and Ah efficiency of 97% were achieved during the cycling using liquid electrolyte system. On the other hand, consequences of the cycling were 51 Wh/kg and 95% using PEO$\sub$8/LiClO$_4$PC$\sub$5/EC$\sub$5/ solid electrolyte system. Polypyrrole film can be cycled stable and Ah efficiency is excellent, so it can be applicable to the cathode of Lithium secondary batteries.
High temperature polymer electrolyte membranes incorporating ionic liquids (ILs) in different polymers such as commercial fluorinated polymers, sulfonated polymers and recasted nafion have been developed. ILs based on imidazolium cation and different anions possess high ionic conductivity and good thermal stability and have been used in the present study. The membranes containing IL show conductivity ${\sim}10^{-2}S\;cm^{-1}$ above $100^{\circ}C$ under anhydrous conditions and are thermally stable up to $250-300^{\circ}C$. IL acts as a conducting medium in these electrolytes and plays the same role as played by water in fully hydrated nafion membranes. Due to high conductivity and good thermal stability, these membranes are promising materials for PEFCs at higher temperatures under anhydrous conditions.
Electrochemical properties of carbon cryogel electrode for the application of composite electrode materials mixed with metal oxide in supercapacitor have been studied. Carbon cryogels were synthesized by sol-gel polycondensation of resorcinol with form aldehyde, followed by a freeze drying, and then pyrolysis in an inert atmosphere. Physical properties of carbon cryogel were characterized by BET, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). It is found that carbon cryogel is amorphous material. The electrochemical properties of carbon cryogel were measured by cyclic voltammetry as a function of concentration of liquid electrolyte, galvanostatic charge-discharge with different scan rates and electrochemical impedance measurements. The result of cyclic voltammetry indicated that the specific capacitance value of a carbon cryogel electrode was approximately 150.2 F/g (at 5 mV/s in 6M KOH electrolyte).
최근 리튬이차전지의 안전성을 향상시킨 전고체 전지가 많은 관심의 대상이 되고 있으나 전도성 세라믹 또는 고체 고분자 전해질을 적용한 고체전지는 높은 계면 저항, 부반응 등과 같은 문제점을 지니고 있어 전기화학적 특성이 낮다. 기존 전고체 전지의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 복합고체 전해질이 제안되었으며 본 연구에서는 나시콘 구조의 나노 입자 Li1.5Al0.5Ti1.5P3O12 (LATP) 전도성 세라믹, PVdF-HFP, 카보네이티 기반 액체전해질을 복합화 하여 유사고체 전해질을 제작하였다. 이 복합고체 전해질은 5.6 V의 높은 전압 안전성을 가지며 리튬이온의 탈리-착리 테스트에서 리튬 금속전극의 덴드라이트 성장 억제 효과가 있음을 보여준다. 또한 복합고체 전해질을 적용한 LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 (NCM811)기반 전지에서 4.8 V의 높은 충전 종지 전압에도 241.5 mAh/g의 높은 방전 용량을 나타내며 안정적인 전기화학 반응이 일어난다. NCM811 기반 전지의 90도 충전-방전 중에도 전지의 단락이나 폭발 없이 139.4 mAh/g 방전 용량을 보인다. 따라서 LATP기반 복합고체 전해질은 리튬이차전지의 안전성과 전기화학적 특성을 향상 시킬 수 있는 효과적인 방법임을 알 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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