In this study, high nickel layered LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode materials for lithium-ion batteries were modified by yttrium doping and poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) coating. The effects of yttrium doping and PEDOT:PSS coating on the structural and electrochemical properties of the LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode material were investigated and compared. The substitution of nickel with an electrochemically inert yttrium was confirmed to be successful in stabilizing the layered structure framework. Moreover, coating the surfaces of the LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 particles with a conductive polymer, PEDOT:PSS, improved the capacity retention, thermal stability, and impedance of the cathode material by increasing its ionic and electric conductivities.
High potential and fast electron transfer of a cathode mediator are significant factors for improving the performance of biofuel cells. This paper reports the first synthesis of a cathode redox polymer that is a coordination complex of poly (acrylic acid-vinylpyridine-acryl amide) (PAA-PVP-PAA) and [Os(4,4'-dicarboxylic acid-2,2'-bipyridine)$_2Cl_2]^{/+}$ ($E^{\circ}=0.48V$ versus Ag/AgCl). Bilirubin oxidase can be easily incorporated into this polymer matrix, which carried out the four-electron oxygen under typical physiological conditions (pH 7.2, 0.14 M NaCl, and $37^{\circ}C$). This new polymer showed an approximately 0.1 V higher redox potential than existing cathode mediators such as PAA-PVI-$[Os(dCl-bpy)_2Cl]^{+/2+}$. In addition, we suggest increasing the polymer solubility with two hydrophilic groups present in the polymer skeleton to further improve fast electron transfer within the active sites of the enzyme. The maximum power density achieved was 60% higher than that of PAA-PVI-$[Os(dCl-bpy)_2Cl]^{+/2+}$. Furthermore, high current density and electrode stability were confirmed for this osmium polymer, which makes it a promising candidate for high-efficiency biofuel cells.
A new viologen derivative namely 1,1'-bis(3,4-dihydroxybutyl)-[4,4'-bipyridine]-1,1'-diium bromide (V-Pr-2OH) was synthesized and applied as a cathode buffer layer to inverted polymer solar cells (PSCs) based on the blend of PTB7 : $PC_{71}BM$. PSCs with the structure of ITO/V-Pr-2OH/PTB7 : $PC_{71}BM/MoO_3/Ag$ as the cathode buffer layer showed the power conversion efficiency (PCE) up to 7.28%, which is comparable to that of the PSCs with the structure of ITO/ZnO/PTB7 : $PC_{71}BM/MoO_3/Ag$ (7.44%) in the absence of V-Pr-2OH. This study demonstrates that a highly efficient PSCs without any high temperature heat treatment can be obtained.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.05b
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pp.5-9
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2005
$LiFePO_4$ is a potential candidate for the cathode material of the lithium polymer batteries. $LiFePO_4$ cathode active materials were synthesized by coating on the $LiFePO_4$ was tried using $TiO_2$ and corbon in oreder to increase cyclic performance and electronic conductivity. Highly dispersed on the particles enhances the electronic conductivity and increases the capacity. For lithium polymer battery applications, $LiFePO_4$/SPE/Li and $LiFePO_4$-$TiO_2$/SPE/Li 'cells were characterized electrochemically by cyclic volatammetry and charge/discharge cycling. The $LiFePO_4$-carbon-$TiO_2$ cathode in PVDF-PC-EC-$LiCIO_4$ electrolyte showed high capacity at high current density.
The first commercialized cathode material, $LiCoO_2$, suffers from disadvantages such as high cost and toxicity and also possesses safety problems. The nickel-rich $LiNi_{0.9}Mn_{0.1}O_2$ cathode material, used as an alternative to $LiCoO_2$, has highly reversible capacity and high energy density. So, the nickel-rich $LiNi_{0.9}Mn_{0.1}O_2$ cathode material is widely used as an alternative to $LiCoO_2$ due to its highly reversible capacity and high energy density. However, $LiNi_{0.9}Mn_{0.1}O_2$ has several disadvantages as well, such as poor cycle performance and poor thermal instability. To address these problems, we synthesized a new material, $LiNi_{0.5}Mn_{0.5}O_2$, as a shell on the surface of a core to suppress the surface degradation. The new material showed high structural and thermal stabilities and could also maintain a high capacity. The capacity retention of the core-shell cathode (87.7%) was better than that of the core cathode (76.9%) after 50 cycles. Analysis using differential scanning calorimetry revealed that the heat generation in the core-shell cathode ($65.9Jg^{-1}$) was lower than that in the core cathode ($559.7Jg^{-1}$).
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2001.07a
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pp.474-477
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2001
The properties of LiMnO$_2$ was studied as a cathode active material for lithium polymer batteries. LiMnO$_2$ cathode active materials were synthesized by the reaction of LiOH . $H_2O$ and Mn$_2$O$_3$at various temperature under argon atmosphere. For lithium polymer battery applications, the LiMnO$_2$cell was characterized electrochemically by charge-discharge experiments and a.c. impedance spectroscopy. And the relationship between the characteristics of powders and electrochemical properties was studied in this research. A maximum discharge capacity of 160-170 mAh/g for ο-LiMnO$_2$ cell was achieved. Used that SP270 as electric active material in LiMnO$_2$, it is excellent than property of electric active material used Acetylene black or KS6 at charge/discharge capacity.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.19
no.6
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pp.519-523
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2006
$LiFePO_4$ has been received attention as a potential cathode material for the lithium secondary batteries. In our study, $LiFePO_4$ cathode active materials were synthesized by a solid-state reaction. It was modified by coating $TiO_2$ and carbon in order to enhance cyclic performance and electronic conductivity. $TiO_2$ and carbon coatings on $LiFePO_4$ materials enhanced the electronic conductivity and its charge/discharge capacity. For lithium polymer battery applications, $LiFePO_4$/solid polymer electrolyte (SPE)/Li and $LiFePO_{4}-TiO_{2}/SPE/Li$ cells were characterized by a cyclic voltammetry and charge/discharge cycling. The electrode with $LiFePO_{4}-carbon-TiO_{2}$ in PVDF-PC-EC-$LiClO_{4}$ electrolyte showed promising capacity of above 100 mAh/g at 1C rate.
The interface between the surface of a cathode material and the electrolyte gives rise to surface reactions such as solid electrolyte interface (SEI) and chemical side reactions. These reactions lead to increased surface resistance and charge transfer resistance. It is consequently necessary to improve the electrochemical characteristics by suppressing these reactions. In order to suppress unnecessary surface reactions, we coated cathode material using polypropylene (PP). The PP coating layer effectively reduced the SEI film that is generated after a 4.3 V initial charging process. By mitigating the formation of the SEI film, the PP-coated Li[(Ni0.6Co0.1Mn0.3)0.36(Ni0.80Co0.15Al0.05)0.64)]O2(NCS) electrode provided enhanced transport of Li+ ions due to reduced SEI resistance (RSEI) and charge transfer resistance (Rct). The initial charge and discharge efficiency of the PP-coated NCS electrode was 96.2 % at a current density of 17 mA/g in a voltage range of 3.0 ~ 4.3 V, whereas the efficiency of the NCS electrode was only 94.7 %. The presence of the protective PP layer on the cathode improved the thermal stability by reducing the generated heat, and this was confirmed via DSC analysis by an increased exothermic peak.
Chen, Fei;Zhang, Gang;Zhang, Yiluo;Cao, Shiyu;Li, Jun
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.13
no.3
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pp.362-368
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2022
The application of polymer composite electrolyte in all-solid-state lithium-sulfur battery (ASSLSBs) can guarantee high energy density and improve the interface contact between electrolyte and electrode, which has a broader application prospect. However, the inherent insulation of the sulfur-cathode leads to a low electron/ion transfer rate. Carbon materials with high electronic conductivity and electrolyte materials with high ionic conductivity are usually selected to improve the electron/ion conduction of the composite cathode. In this work, PEO-LiTFSI-LLZO composite polymer electrolyte (CPE) with high ionic conductivity was prepared. The ionic conductivity was 1.16×10-4 and 7.26×10-4 S cm-1 at 20 and 60℃, respectively. Meanwhile, the composite sulfur cathode was prepared with Sulfur, reduced graphene oxide and composite polymer electrolyte slurry (S-rGO-CPEs). In addition to improving the ion conductivity in the cathode, CPEs also replaces the role of binder. The influence of different contents of CPEs in the cathode material on the performance of the constructed battery was investigated. The results show that the electrochemical performance of the all-solid-state lithium-sulfur battery is the best when the content of the composite electrolyte in the cathode is 40%. Under the condition of 0.2C and 45℃, the charging and discharging capacity of the first cycle is 923 mAh g-1, and the retention capacity is 653 mAh g-1 after 50 cycles.
Electrochemical properties of $LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4$ cathode were investigated with gel polymer electrolyte (GPE). To access fast and efficient transport of ions and electrons during the charge/discharge process, a pure and well-crystallized $LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4$ cathode material was directly synthesized via spray-pyrolysis method. For high operation voltage, polyacrylonitrile (PAN)-based gel polymer electrolyte was then prepared by electrospinning process. The gel polymer electrolyte showed high ionic conductivity of $2.9{\times}10^{-3}S\;cm^{-1}$ at $25^{\circ}C$ and good electrochemical stability. $Li/GEP/LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4$ cell delivered a discharge capacity of $159mAh\;g^{-1}$ at 0.1 C rate that was close to the theoretical value ($170mAh\;g^{-1}$). The cell allows stable cycle performance (99.3% capacity retention) with discharge capacity of $133.5mAh\;g^{-1}$ for over 300 cycles at 1 C rate and exhibits high rate-capability. PAN-based gel polymer is a suitable electrolyte for application in $LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4/Li$ batteries with perspective in high energy density and safety.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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