Kim, Hyun-Suk;Castro, Edward Joseph D.;Kwak, Seung-Im;Ju, Jin-Young;Hwang, Yong-Gyoo;Lee, Choong-Hun
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.08a
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pp.392-392
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2011
Carbon nanotubes (CNT) emitter has widely become an attractive mechanism that draws growing interests for cold cathode field emission.$^{1,2}$ CNT yarns have demonstrated its potential as excellent field emitters.$^3$ Extensive simulations were carried out in designing a CNT yarn-based cathode assembly. The focal spot size dependence on the anode surface of the geometric parameters such as axial distance of the electrostatic focus lens from the cathode and the applied bias voltages at the cathode, grid mesh and electrostatic focus lens were studied. The detailed computer simulations using Opera 3D electromagnetic software$^4$ had revealed that a remarkable size of focal spot under a focusing lens triode type set-up design was achieved. The result of this optimization simulation would then be applied for the construction of the CNT yarn based micro-focus x-ray tube with its field emission characteristics evaluated.
Because of the low temperature operation, proton exchange membrane (PEM) fuel cell has a water phase transition. Therefore, water management is an important operation issue in a PEM fuel cell because the liquid water in the fuel cell causes electrode flooding that can lower the cell performance under high current density conditions. In this study, in order to understand the reactant distributions in the cathode channels of the PEM fuel cell, an experimental technique that can measure the species concentrations of reactant gases by using gas chromatograph (GC) is applied for an operating PEM fuel cell. The oxygen distribution along the cathode flow channels of PEM fuel cell is mainly investigated with various operating conditions. Also, the relations between cathode flooding and oxygen concentrations and oxygen consumption pattern along the cathode channel configurations of the unit cell adopted for this study are discussed using GC measurement and visualization experiment of cathode flooding. It is found that the amount of oxygen consumption is very sensitive to various operating conditions of the fuel cell and was much affected by the flooding occurrence in cathode channels.
In this paper, we have successfully prepared Al-doped Ni-rich LiNi0.91Co0.06Mn0.03O2 cathodes. The structural properties andelectrochemical performances are studied according to Al cationic doping. It can be confirmed that the crystallinity and cationdisordering of Ni-rich LiNi0.91Co0.06Mn0.03O2 were improved by Al doping. Based on such excellent structural quality, theelectrochemical performance of Al doping LiNi0.91Co0.06Mn0.03O2 was superior to that of pristine LiNi0.91Co0.06Mn0.03O2. The Aldoping Ni-rich NCM has an initial discharge capacity of 209.2 mAh g-1. In addition, it shows superior rate capability byshowing capacity retention of 58.5% under a high rate of 6.0 C. Therefore, it can be judged that Al doping LiNi0.91Co0.06Mn0.03O2can be applied to next-generation cathode for long-distance and fast-charging electric vehicles.
In this paper, experiments with an air-breathing proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) for mobile devices were carried out according to cathode conditions. These conditions are defined by the cathode flow field plate type (the channel type, the open type) and the cathode surface direction. Single-cell and 6-cell stack were used in the experiments. The experimental results showed that the open-type cathode flow field plate gave a better performance than the small channel type. In the experiments related to the direction of the slits on the cathode flow field plate, the horizontal slit cell was better than the vertical one. With respect to the cathode surface direction, when the cathode surface is placed in the direction normal to the ground, the PEMFC generated more stable power in the mass transport loss region. Since stable power in the mass transport region is closely related to the air supply, computational fluid dynamics (CFD) analysis for air-breathing PEMFC of different cathode surface directions was performed.
Li2O-based cathodes utilizing oxide-peroxide conversion are innovative next-generation cathodes that have the potential to surpass the capacity of current commercial cathodes. However, these cathodes are exposed to severe cathode-electrolyte side reactions owing to the formation of highly reactive superoxides (Ox-, 1 ≤ x < 2) from O2- ions in the Li2O structure during charging. Succinonitrile (SN) has been used as a stabilizer at the cathode/electrolyte interface to mitigate cathode-electrolyte side reactions. SN forms a protective layer through decomposition during cycling, potentially reducing unwanted side reactions at the interface. In this study, a composite of Li2O and Ni-embedded reduced graphene oxide (LNGO) was used as the Li2O-based cathode. The addition of SN effectively thinned the interfacial layer formed during cycling. The presence of a N-derived layer resulting from the decomposition of SN was observed after cycling, potentially suppressing the formation of undesirable reaction products and the growth of the interfacial layer. The cell with the SN additive exhibited an enhanced electrochemical performance, including increased usable capacity and improved cyclic performance. The results confirm that incorporating the SN additive effectively stabilizes the cathode-electrolyte interface in Li2O-based cathodes.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.433-433
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2016
Carbon nanotubes (CNT) emitter has widely become an attractive mechanism that draws growing interests for cold cathode field emission. CNT yarns have demonstrated its potential as excellent field emitters. It was demonstrated that a small focal spot size was achieved by manipulating some electrical parameters, such as applied bias voltage at the mesh gate, and electrostatic focal lenses, geometrical parameters, such as axial distances of the anode, and the electrostatic focal lens from the cathode assembly, and the dimension of the opening of the electrostatic lens. Electrical-optics software was used to systematically investigate the behavior of the electron beam trajectory when the aforementioned variables were manipulated. The results of the experiment agree with the theoretical simulation results. Each variable has an individual effect on the electron beam focal spot size impinging on the target anode. An optimum condition of the parameters was obtained producing good quality of X-ray images. Also, MWCNT yarn was investigated for field emission characteristics and its contribution in the X-ray generation. The dry spinning method was used to fabricate MWCNT yarn from super MWCNTs, which was fabricated by MW-PECVD. The MWCNT yarn has a significant field emission capability in both diode and the triode X-ray generation structure compared to a MWCNT. The low-voltage-field emission of the MWCNT yarn can be attributed to the field enhancing effect of the yarn due to its shape and the contribution of the high-aspect-ratio nanotubes that protrude from the sides of the yarn. Observations of the use of filters on the development of X-ray images were also demonstrated. The amount of exposure time of the samples to the X-ray was also manipulated. The MWCNT yarn can be a good candidate for use in the low voltage field emission application of X-ray imaging.
In this paper, we successfully fabricated Al-modified Li4Ti5O12 in one-step, easily, simply, and quickly. The structural properties of Li4Ti5O12 by Al modification were favorable to electrochemical activity compared to pristine Li4Ti5O12, and thus, it was confirmed that electrochemical performances such as cell balancing and initial discharge capacitance were effectively improved. The optimized anode/cathode thickness was selected 70 ㎛/240 ㎛. Al modified Li4Ti5O12 realized high discharge capacitance of 61 F/g. Therefore, Al modification can be considered as one of the effective methods for the electrochemical performances of Li4Ti5O12 anodes for next-generation hybrid supercapacitors.
ANODE-free Li-metal batteries (AFLMBs) operating with Li of cathode material have attracted enormous attention due to their exceptional energy density originating from anode-free structure in the confined cell volume. However, uncontrolled dendritic growth of lithium on a copper current collector can limit its practical application as it causes fatal issues for stable cycling such as dead Li formation, unstable solid electrolyte interphase, electrolyte exhaustion, and internal short-circuit. To overcome this limitation, here, we report a novel dual-salt electrolyte comprising of 0.2 M LiPF6 + 3.8 M lithium bis(fluorosulfonyl)imide in a carbonate/ester co-solvent with 5 wt% fluoroethylene carbonate, 2 wt% vinylene carbonate, and 0.2 wt% LiNO3 additives. Because the dual-salt electrolyte facilitates uniform/dense Li deposition on the current collector and can form robust/ionic conductive LiF-based SEI layer on the deposited Li, a Li/Li symmetrical cell exhibits improved cycling performance and low polarization for over 200 h operation. Furthermore, the anode-free LiFePO4/Cu cells in the carbonate electrolyte shows significantly enhanced cycling stability compared to the counterparts consisting of different salt ratios. This study shows an importance of electrolyte design guiding uniform Li deposition and forming stable SEI layer for AFLMBs.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.2
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pp.215-222
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2024
Ni-rich cathode materials have been developed as the most promising candidates for next-generation cathode materials for lithium-ion batteries because of their high capacity and energy density. In particular, the electrochemical performance of lithium-ion batteries could be enhanced by increasing the contents of nickel ion. However, there are still limitations, such as low structural stability, cation mixing, low capacity retention and poor rate capability. Herein, we have successfully developed the nanorod-type Ni-rich cathode materials by using co-precipitation method. Particularly, the nanorod-type primary particles of LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2 could facilitate the electron transfer because of their longitudinal morphology. Moreover, there were holes at the center of secondary particles, resulting in high permeability of the electrolyte. Lithium-ion batteries using the prepared nanorod-type LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2 achieved highly improved electrochemical performance with a superior rate capability during battery cycling.
Jong kyu Back;Jihyeon Ryu;Yong-Ho Park;Ick-Jun Kim;Sunhye Yang
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.14
no.2
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pp.184-193
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2023
This study investigates the effects of a carbon fiber layer formed on the surface of an etched aluminum current collector on the electrochemical properties of the activated carbon electrodes for an electric double layer capacitor. A particle size analyzer, field-emission SEM, and nitrogen adsorption/desorption isotherm analyzer are employed to analyze the structure of the carbon fiber layer. The electric and electrochemical properties of the activated carbon electrodes using a carbon fiber layer are evaluated using an electrode resistance meter and a charge-discharge tester, respectively. To uniformly coat the surface with carbon fiber, we applied a planetary mill process, adjusted the particle size, and prepared the carbon paste by dispersing in a binder. Subsequently, the carbon paste was coated on the surface of the etched aluminum current collector to form the carbon under layer, after which an activated carbon slurry was coated to form the electrodes. Based on the results, the interface resistance of the EDLC cell made of the current collector with the carbon fiber layer was reduced compared to the cell using the pristine current collector. The interfacial resistance decreased from 0.0143 Ω·cm2 to a maximum of 0.0077 Ω·cm2. And degradation reactions of the activated carbon electrodes are suppressed in the 3.3 V floating test. We infer that it is because the improved electric network of the carbon fiber layer coated on the current collector surface enhanced the electron collection and interfacial diffusion while protecting the surface of the cathode etched aluminum; thereby suppressing the formation of Al-F compounds.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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