Dissociation into Lithium-polysulfide electrolyte due to repeated cycles during the Lithium/Sulfur battery reaction is a major problem of reduced battery lifespan. We searched for a porous carbon with a large specific surface area that infiltrated S to prevent liquid Lithium-polysulfide from being dissolved in electrolyte, induce adsorption of Lithium-polysulfide, and further increase conductivity. In order to obtain porous carbon spheres with a large specific surface area, the carbon spheres of 1939 m2/g were raised to 2200 m2/g through additional KOH treatment. In addition, through heat treatment with S, a carbon sulfur compound containing 75 wt% of S was fabricate and material analysis was conducted on the possibility of using the cathode material. The electrochemical characteristics of the Reference (622; sulfur: 60%, conductive material: 20%, binder: 20%) pouch cell and the pouch cell made using 75wt% of carbon sulfur compound were analyzed. 75wt% of carbon sulfur pouch cell showed a 20% increase in lifespan and 10% improvement in C-rate compared to the Reference pouch cell after 50 cycles.
Recently, the use of stable lithium nanostructures as substrates and electrodes for secondary batteries can be a fundamental alternative to the development of next-generation system semiconductor devices. However, lithium structures pose safety concerns by severely limiting battery life due to the growth of Li dendrites during rapid charge/discharge cycles. Also, enabling long cyclability of high-voltage oxide cathodes is a persistent challenge for all-solid-state batteries, largely because of their poor interfacial stabilities against oxide solid electrolytes. For the development of next-generation system semiconductor devices, solid electrolyte nanostructures, which are used in high-density micro-energy storage devices and avoid the instability of liquid electrolytes, can be promising alternatives for next-generation batteries. Nevertheless, poor lithium ion conductivity and structural defects at room temperature have been pointed out as limitations. In this study, a low-dimensional Graphene Oxide (GO) structure was applied to demonstrate stable operation characteristics based on Li+ ion conductivity and excellent electrochemical performance. The low-dimensional structure of GO-based solid electrolytes can provide an important strategy for stable scalable solid-state power system semiconductor applications at room temperature. The device using uncoated bare NCA delivers a low capacity of 89 mA h g-1, while the cell using GO-coated NCA delivers a high capacity of 158 mA h g−1 and a low polarization. A full Li GO-based device was fabricated to demonstrate the practicality of the modified Li structure using the Li-GO heterointerface. This study promises that the lowdimensional structure of Li-GO can be an effective approach for the stabilization of solid-state power system semiconductor architectures.
Hyeonwoo Jeong;Dan Na;Jiyeon Baek;Sanggil Kim;Suresh Mamidi;Cheul-Ro Lee;Hyung-Kee Seo;Inseok Seo
Nanomaterials
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v.12
no.7
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pp.1158-1168
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2022
Commercial lithium-ion batteries using liquid electrolytes are still a safety hazard due to their poor chemical stability and other severe problems, such as electrolyte leakage and low thermal stability. To mitigate these critical issues, solid electrolytes are introduced. However, solid electrolytes have low ionic conductivity and inferior power density. This study reports the optimization of the synthesis of sodium superionic conductor-type Li1.5Al0.3Si0.2Ti1.7P2.8O12 (LASTP) solid electrolyte. The as-prepared powder was calcined at 650 ℃, 700 ℃, 750 ℃, and 800 ℃ to optimize the synthesis conditions and yield high-quality LASTP powders. Later, LASTP was sintered at 950 ℃, 1000 ℃, 1050 ℃, and 1100 ℃ to study the dependence of the relative density and ionic conductivity on the sintering temperature. Morphological changes were analyzed using field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and structural changes were characterized using X-ray diffraction (XRD). Further, the ionic conductivity was measured using electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Sintering at 1050 ℃ resulted in a high relative density and the highest ionic conductivity (9.455 × 10-4 S cm-1). These findings corroborate with the activation energies that are calculated using the Arrhenius plot. Therefore, the as-synthesized superionic LASTP solid electrolytes can be used to design high-performance and safe all-solid-state batteries.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.37
no.2
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pp.260-267
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2020
In this study, supercapacitor based on the all solid state electrolyte with PVA(polyvinyl alcohol), ionic liquid as a BMIMBF4(1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) and activated carbon/Ni-MOF composite was fabricated and characterized its electrochemical properties with function of MOF. In order to analysis and comparison that electrochemical performances [including cyclic voltammetry(CV), electrochemical impedance spectroscopy(EIS) and galvanostatic charge/discharge test] of prepared supercapacitor based on activated carbon/Ni-MOF composite and all solid state electrolyte. As a result, specific capacitance of the supercapacitor without Ni-MOF was 380 F/g which value decreased to 340 F/g after adding Ni-MOF to activated carbon as a electrode material. This result exhibited that decreased electrochemical property of the supercapacitor effected on physical hinderance in the electrode. In further, it needs to optimization of the Ni-MOF amount (wt%) in the electrode composite to maximize its electrochemical performances.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.12
no.3
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pp.179-189
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2014
Pyroprocessing has been developed for the purpose of resolving the current spent nuclear fuel management issue and enhancing the recycle of valuable resources. An electrolytic reduction of the pyroprocessing is a process to reduce oxides into metals using LiCl as an electrolyte and requires a post-treatment process due to the inclusion of residual salt in porous metal products. A vacuum distillation has been adopted for various molten salt systems and could be applied to the post-treatment process of the electrolytic reduction. The residual salt in the metal products includes LiCl, alkali chlorides, and alkaline earth chlorides. In this paper, vapor pressures of chlorides have been estimated and the composition changes on the residual liquid during the vacuum distillation process have been calculated. A model combining a material balance and vapor-liquid equilibrium relations has been proposed under a constant vapor discharging flow rate and liquid composition changes have been calculated using the vapor pressures with respect to a dimensionless time. The behaviors have been compared with temperature and molten salt composition changes to simulate the process condition variation. The distillation of the residual salt has been dominated by LiCl which is the main component of the salt and CsCl of which vapor pressure is higher than that of LiCl would be readily removed. RbCl exhibits similar vapor pressure with LiCl and maintains its composition. However, $SrCl_2$ and $BaCl_2$ of which vapor pressures are much lower than that of LiCl are concentrated with time and expected to be possibly precipitated during the distillation when the initial compositions are increased.
Kim, Jae-Kwang;Baek, Dong-Ho;Shin, Yong-Jo;Ahn, Jou-Hyeon;Seo, Yang-Gon;Kim, Chi-Su;Yoon, Seok-Jun;Cho, Myung-Hun
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.11
no.2
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pp.120-124
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2008
Carbon-coated $LiFePO_4$ and $LiMn_{0.4}Fe_{0.6}PO_4$ cathode materials for lithium batteries were synthesized by a sol-gel method. X-ray diffraction and scanning electron microscopy data showed that the cathode materials are pure crystalline and are surrounded by porous carbon. The initial discharge capacities of $LiFePO_4$ and $LiMn_{0.4}Fe_{0.6}PO_4$ with the liquid electrolyte of 1M $LiPF_6$ in EC/DMC are 132 mAh/g and 145 mAh/g, respectively, at current density of 0.1 C-rate. $LiFePO_4$ and $LiMn_{0.4}Fe_{0.6}PO_4$ with an electrospun polymer-based electrolyte exhibit initial discharge capacities of 114 and 130 mAh/g at 0.1 C-rate at room temperature, respectively.
Won, Jung Ha;Kim, Yong Joo;Lee, Young-Gi;Kim, Kwang Man;Kim, Jong Huy;Ko, Jang Myoun
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.16
no.2
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pp.91-97
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2013
Solid polymer electrolyte films are prepared by ultraviolet radiation in the mixtures of an ionic liquid salt (1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, $EMIBF_4$) and solvent (acetonitrile (ACN) or propylene carbonate(PC)), and an oligomer (poly(ethylene glycol)diacrylate, PEGDA, 45-60 wt.%). Electrochemical properties of activated carbon supercapacitors adopting the solid polymer electrolyte films as a separator are also examined by cyclic voltammetry and impedance measurement techniques. As a result, the supercapacitor adopting the PEGDA as much as 45 wt.% exhibits a superior capacitance of $46Fg^{-1}$ at $20mVs^{-1}$. It seems that this is due to fast kinetics of ion conduction by sufficient film flexibility, which can be allowed by comparatively weak ultraviolet curing of small anount of the PEGDA.
Park Jin Sung;Kim Hang Soo;Jung Woo-Gwang;Katayama I.;Kim Jong Sang
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.3
no.4
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pp.204-210
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2000
The control of dissolved aluminum concentration in the hot dip zinc galvanizing bath is greatly important in producing galvannealed steel sheets. The purpose of present study is to provide basic data for measurement of the aluminum concentration in site in hot dip zinc bath at the temperature of $460^{\circ}C\~500^{\circ}C$ using $CaF_2$ solid electrolyte sensor with three kinds of reference electrode. Good workability and stability of the sensor were confirmed with the $Bi+BiF_3$ reference electrode from the emf measurement. In order to measure the aluminum concentration in Zn-Al bath, the galvanic cell of fluorine ion was constructed with $CaF_2$ solid electrolyte as follows; $$(-)W|Zn-Al,\;AlF_3|CaF_2|Bi,BiF_3|W(+)$$. The emf measurement was made at the temperature of $460\pm10^{\circ}C$ in the Zn-Al bath. The following correlationship between aluminum concentration and emf was obtained by the least square regression analysis; $$E/mV=56.795log[\%Al]+1881.7\;R=0.9704$$,$$0.026wt\%{\leq}[\%Al]{\leq}0.984wt\%$$
Kim, Hyun-Il;Nam, Jin-Hyun;Shin, Dong-Hoon;Chung, Tae-Yong;Kim, Young-Gyu;Seo, Won-Seok;Lee, Jung-Woon
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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2008.04a
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pp.101-108
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2008
Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells are promising power generation devices which are ideal for residential and automobile applications, thanks to their fast transient characteristics. However, liquid water produced in PEM fuel cells should be properly managed to enhance the performances and durabilities of the cells. In this study, a visualization experiment was conducted to investigate the flow behavior of water droplets in cathode channels. The visualization experiment was done with four different model flow channels which were made by varying the material (Acrylic and Teflon) and the channel width (1 mm and 2 mm). Acrylic is hydrophilic (contact angle is about $80^{\circ}$) while Teflon is hydrophobic (contact angle is about $120^{\circ}$). A computational fluid dynamics (CFD) analysis was also performed to compare the observed and the simulated two-phase water/air flow characteristics in cathode channels. The computational models were made to be consistent with the geometries and surface properties of the model flow channels. Both the experimental and numerical results showed that the Teflon cathode channel with 1 mm width has the best water management performance among four model flow channels considered. A close correlation was found between the experimental visualization results and the numerical CFD simulation results.
Jayamaha, Bandara;Dissanayake, Malavi A.K.L.;Vignarooban, Kandasamy;Vidanapathirana, Kamal P.;Perera, Kumudu S.
Advances in Energy Research
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v.5
no.3
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pp.219-226
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2017
Electrochemical double layer capacitors (EDLCs) have received a tremendous interest due to their suitability for diverse applications. They have been fabricated using different carbon based electrodes including activated carbons, single walled/multi walled carbon nano tubes. But, graphite which is one of the natural resources in Sri Lanka has not been given a considerable attention towards using for EDLCs though it is a famous carbon material. On the other hand, EDLCs are well reported with various liquid electrolytes which are associated with numerous drawbacks. Gel polymer electrolytes (GPE) are well known alternative for liquid electrolytes. In this paper, it is reported about an EDLC fabricated with a nano composite polyethylene oxide based GPE and two Sri Lankan graphite based electrodes. The composition of the GPE was [{(10PEO: $NaClO_4$) molar ratio}: 75wt.% PC] : 5 wt.% $TiO_2$. GPE was prepared using the solvent casting method. Two graphite electrodes were prepared by mixing 85% graphite and 15% polyvinylidenefluoride (PVdF) in acetone and casting n fluorine doped tin oxide glass plates. GPE film was sandwiched in between the two graphite electrodes. A non faradaic charge discharge mechanism was observed from the Cyclic Voltammetry study. GPE was stable in the potential windows from (-0.8 V-0.8 V) to (-1.5 V-1.5 V). By increasing the width of the potential window, single electrode specific capacity increased. Impedance plots confirmed the capacitive behavior at low frequency region. Galvanostatic charge discharge test yielded an average discharge capacity of $0.60Fg^{-1}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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