For the high performance of the secondary battery to satisfy the demands in electronic and energy industries, it is necessary to develop more safe, environmentally friendly and economical electrode. Recently, lithium-sulfur batteries are receiving attention as next-generation secondary cells in terms of its remarkable theoretical capacity, energy density and environmental characteristics. However, they have not yet overcome a fading phenomenon due to the dissolving of the polysulfide. In this study, we intend to fabricate a battery using sulfur, a higher energy density than the other bipolar materials, as an improved secondary cell electrode material. The aim of the study is to improve battery performance with an optimal ratio of the cathode components; such as sulfur of active material and Super P of an electronic conductor.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.6
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pp.677-682
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2014
In the present study, a decision tree and artificial neural network were used to determine critical design parameters for lithium ion batteries and compare their performances. First, a design method that used a decision tree-artificial neural network model was used to determine the major design factors among early pole plate design factors that showed nonlinearity. Then, the artificial neural network was used to implement a weighted value analysis of the importance of the design factors and their effect on the current density. The second method involved the use of an artificial neural network model to construct artificial networks without separate determinations of the major early design factors to analyze the connections and weighted values related to the current density.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.202.1-202.1
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2014
최근 대용량 에너지 저장장치로 사용하고자 하는 리튬-공기전지는 리튬 음극과 액체 전해질 사이의 화학적 불안정성이 문제가 되고 있다. 또한 리튬이온전지는 액체전해질의 사용으로 인해 폭발 등의 안정성 문제가 대두되고 있는 실정이다. 때문에 리튬-공기전지에서 리튬 음극을 액체 전해질로부터 보호할 수 있으며, 리튬이온전지의 액체전해질과 대체하였을 때 전극과도 안정한 고체전해질의 연구가 필요하다. 고체전해질은 구조적으로 crystalline, glassy, 폴리머로 나눌 수 있는데, 이 중 crystalline 구조의 고체전해질은 glassy 및 폴리머 고체전해질에 비해 상온에서 비교적 이온전도도가 높다고 알려져 있다 [1]. 그러나 이온전도도가 높은 황화물 및 질화물 고체전해질은 수분에 민감한 반면 [2,3], 산화물 계열의 물질은 안정할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 이온전도도가 높은 산화물인 lithium lanthanum titanate ($Li_{0.5}La_{0.5}TiO_3$, LLTO)를 고체전해질로 선정하여 다양한 환경에서 화학적 안정성에 관해 연구하였다. LLTO와 각종 용액과의 화학적 안정성을 살펴보기 위해 고체전해질을 DI water, 1 M $LiPF_6$ Ethylene Carbonate (EC)-Dimethyl Carbonate (DMC) (50:50 vol.%), 0.57 M LiOH (pH=13), 0.1 M HCl (pH=1)에 immersion하고 무게, 표면형상, 상(phase), 이온전도도 등의 변화를 관찰하였다. 또한 LLTO와 전극간의 반응성을 알아보기 위해 LLTO 분말과 음극물질인 $Li_4Ti_5O_{12}$ 및 양극물질인 $LiCoO_2$ 분말을 혼합한 후 $300^{\circ}C{\sim}700^{\circ}C$의 온도범위에서 열처리하여 반응을 가속화 한 후 상변화 현상을 살펴보았다.
A sulfuric acid leaching of $LiCoO_2$as cathodic active materials of lithium ion secondary batteries was investigated in terms of reaction variables. In the absence of a reducing agent, the extraction of cobalt was less than 40% in 2 M sulfuric acid at $75^{\circ}C$ instead of that of lithium could be almost 100% in the same conditions. To improve the Co extraction, hydrogen peroxide was used as a reducing agent in the range 2~20 vol%. When over 10vo1% hydrogen peroxide was added, the extractions of both metals were improved to about 95%. It seems to be due to the reduction of Co(III) to Co(II) that can be readily dissolved. The extractions of Co and Li were increased with increasing $H_2$$SO_4$concentration and temperature, and amount of hydrogen peroxide and with decreasing of pulp density. The optimum leaching conditions were determined at $2 M H_2$$SO_4$concentration, $75^{\circ}C$ operating temperature, 100 g/L. initial pulp density, 20 vol% $H_2$$O_2$addition and 30 min.
Kim, Soo-Min;Kim, Sang-Hun;Kim, Jin-Ho;Kim, Ung-Soo;Hwang, Hae-Jin;Cho, Woo-Seok
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.22
no.5
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pp.728-734
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2011
$LiFePO_4$ is a promising cathode material for secondary lithium batteries due to its high energy density, low cost and safety. $LiFePO_4$ was synthesized by the citrate process under reductive, neutral, and oxidative, atmospheres and the crystal structure was analyzed by X-ray powder diffraction. The samples synthesized under $N_2$ and $H_2$ atmosphere showed a single phase of a olivine structure, where the samples synthesized under $O_2$ atmosphere exhibited second phase of $Fe2O_3$. All the samples synthesized at 400, 600 and $800^{\circ}C$ under $N_2$ atmosphere presented a single phase of olivine. Residual organic material was observed for the sample synthesized at $400^{\circ}C$. There was nearly no intensity difference between the samples synthesized at $600^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$. The electrochemical characteristic of the $LiFePO_4$ synthesized at $600^{\circ}C$ in the $N_2$ atmosphere was analyzed. The result exhibited an high discharge capacity of 160 mAh/g at the first cycle, and 155-160 mAh/g after 45 cycles.
Kim, Kwang-Man;Kang, Kun-Young;Choi, Min-Gyu;Lee, Young-Gi
Korean Chemical Engineering Research
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v.49
no.6
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pp.846-850
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2011
Nanocomposite anodes for rechargeable lithium battery are prepared by mixing tin and nickel nanoparticles via wet method and their electrochemical properties are examined. The Sn-Ni nanocomposite anode shows a maximum discharge capacity of 700 mAh $g^{-1}$ at the first cycle but very poor cycle performance. This means that the electrode porosity and the Ni component formed by the simple mixing of nanoparticles no longer play the role of buffering the volume expansion/contraction of Sn component during charge-discharge. To solve the cycle performance problem, a novel nanostructured Sn-Ni anode should be designed and tested.
Recently, as the demand for secondary batteries for electric vehicles has rapidly increased, the efficient production of lithium compounds is attracting great attention. Bipolar membrane electrodialysis (BPED) is known as an eco-friendly, economical, and efficient electrochemical lithium compound production process. Since the efficiency of the BPED depends on the performance of the bipolar membrane (BPM), the selection of the BPM is very important. In this study, the characteristics of BPMs suitable for the BPED for electrochemical LiOH production were derived by comparative analyses of BP-1E (Astom) and FBM (Fumatech), which are the most widely used commercial BPMs in the world. Through systematical evaluation, it was confirmed that reducing membrane ion transfer resistance and co-ion leakage among the characteristics of BPM is the most important, and BP-1E has better performance than FBM in this respect.
Poly(vinylidene fluoride) has received much attention in the last several years for the lithium secondary batteries. In this study, to enhance the porosity, PVdF was prepared by phase inversion method using as an additive, PEG (poly(ethylene glycol)), with N,N-dimethylformamid as a solvent. The pores are generated during the solvent and non-solvent exchange process in the coagulation bath filled with non-solvent (distilled water). The surface and cross-section of the membranes were observed with a scanning electron microscopy (SEM). The mechanical property of the membrane was determined by using an universal testing machine (UTM) and thermal property was verified by heat shrinkage. Uniformed sponge structure of PVdF-PEG membrane for the lithium secondary batteries was prepared with 10 wt% of PEG concentration in the PVdF-PEG solution. Porosity, elongation and tensile strengh of the membrane were 87%, 75.45%, and 275. 27 MPa respectively.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.2
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pp.789-793
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2021
A lithium secondary battery is the most promising candidate for future energy storage devices. On the other hand, the battery capacity decreases gradually due to the small amount of water and decomposition of the salts during the charging and discharging process, which deteriorates at high temperatures. Many researchers focused on increasing the cycling performance, but there have been few studies on the fundamental problem that removes water and HF molecules. In this study, silane molecules that are capable of absorbing water and HF molecules are introduced to the separator. Firstly, silica-coated amino-silane (APTES, 3-aminopropyltriethoxysilane) was synthesized, then the silica reacted with epoxy-silane, GPTMS ((3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane). A ceramic-coated separator was fabricated using the silane-coated silica, which is coated on porous polyethylene substrates. FT-IR spectroscopy and TEM analysis were performed to examine the chemical composition and the shape of the silane-coated silica. SEM was performed to confirm the ceramic layers. LMO half cells were fabricated to evaluate the cycling performance at 60 ℃. The cells equipped with a GPTMS-silica separator showed stable cycling performance, suggesting that it would be a solution for improving the cycling performance of the Li-ion batteries at high temperatures.
With the increasing size and universalization of lithium-ion batteries, the development of cathode materials has emerged as a critical issue. The energy density of 18650 cylindrical batteries had more than doubled from 230 Wh/l in 1991 to 500 Wh/l in 2005. The energy capacity of most products ranges from 450 to 500Wh/l or from 150 to 190 Wh/kg. Product developments are focusing on high capacity, safety, saved production cost, and long life. As Co is expensive among the cathode active materials $LiCoO_2$, to increase energy capacity while decreasing the use of Co, composites such as $LiMn_2O_4$, $LiCo_{1/3}N_{i1/3}Mn_{1/3}O_2$, $LiNi_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}O_2$, and $LiFePO_4$-C (167 mA/g) are being developed. Furthermore, many studies are being conducted to improve the performance of battery materials to meet the requirement of large capacity output density such as 500Wh/kg for electric bicycles, 1,500Wh/kg for electric tools, and 4,000~5,000Wh/kg for EV and PHEV. As new cathodes active materials with high energy capacity such as graphene-sulfur composite cathode materials with 600 Ah/kg and the molecular cluster for secondary battery with 320 Ah/kg are being developed these days, their commercializations are highly anticipated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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