The family of (Sr,Mg)-doped $LaGaO_3$ compounds, which exhibit high ionic conductivity at $600-800^{\circ}C$ over a wide range of oxygen partial pressure, appears to be promising as the electrolyte for intermediate temperature solid oxide fuel cells. Conventional synthesis routes of (Sr,Mg)-doped $LaGaO_3$ compounds based on solid state reaction have some problems such as the formation of impurity phases, long sintering time and Ga loss during high temperature sintering. Phase stability problem especially, the formation of additional phases at the grain boundary is detrimental to the electrical properties of the electrolyte. From this point of view, we focused to synthesize single phase (Sr,Mg)-doped $LaGaO_3$ electrolyte at the stage of powder synthesis and to apply relatively low heat-treatment temperature using novel synthesis route based on combustion method. The synthesized powder and sintered bulk electrolytes were characterized by XRD, TG-DTA, FT-IR and SEM. AC impedance spectroscopy was used to characterize the electrical transport properties of the electrolyte with the consideration of the contribution of the bulk lattice and grain boundary to the total conductivity. Finally, relationship between synthesis condition and electrical properties of the (Sr, Mg)-doped $LaGaO_3$ electrolytes was discussed with the consideration of phase analysis results.
A lithium-ion battery exhibits high energy density but has many limitations due to safety issues. Currently, as a solution for this, research on solid state batteries is attracting attention and is actively being conducted. Among the solid electrolytes, sulfide-based solid electrolytes are receiving much attention with high ion conductivity, but there is a limit to commercialization due to the relatively high price of lithium sulfide, which is a precursor material. This study focused on the possibility of relatively inexpensive and light lithium hydride and conducted an experiment on it. In order to analyze the characteristics of LiAlH4, ion conductivity and thermal stability were measured, and a composites mixed with PVDF, a representative polymer electrolyte, was synthesized to confirm a change in characteristics. And metallurgical changes in the material were performed through XRD, SEM, and BET analysis, and ion conductivity and thermal stability were measured by EIS and LFA methods. As a result, Li3AlH6 having ion conductivity higher than LiAlH4 is formed by the synthesis of composite materials, and thus ion conductivity is slightly improved, but thermal stability is rapidly degraded due to structural irregularity.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.11a
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pp.347-350
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2000
The purpose of this study is to research and develop solid polymer electrolyte(SPE) for Li polymer battery. The temperature dependence of conductivity, impedance spectroscopy and electrochemical properties of PMMA/PVDF electrolytes as a function of a mixed ratio were reported for PMMA/PVDF based polymer electrolyte films, which were prepared by thermal gellification method of preweighed PMMA/PVDF, plasticizer and Li salt. The ion conductivity of PMMA/PVDF electrolytes was 10$\^$-3/S/cm, which may be applicable to a constituent of lithium secondary battery. 5PMMA20PVDFLiC1O$_4$PC$\sub$8/EC$\sub$8/ electrolyte remains stable up to 5V vs. Li/Li$\^$+/. Steady state current method and AC impedance were used for the determination of transference numbers in PMMA/PVDF electrolyte film. The transference number of 5PMMA20PVDFLiC1O$_4$PC$\sub$8/EC$\sub$8/ electrolyte is 0.55.
We have demonstrated new functionalities of Ag doped chalcogenide glasses based on their capabilities as solid electrolytes. Formation of such amorphous systems by the introduction of silver via photo-induced diffusion in thin chalcogenide films is considered. The influence of silver on the properties of the newly formed materials is regarded in terms of diffusion kinetics and Ag saturation is related to the composition of the hosting material. Silver saturated is related to the composition of the hosting material. Silver saturated Ge-Ch glasses have been used in the formation of solid electrolyte which is the active medium in programmable metallization cell (PMC) devices. This paper concerns our more recent work on silver-doped germanium selenide electrolytes and describes the electrical characteristics of PMC devices made from these materials following annealing at $300^{\circ}C$.
Proton-conducting perovskite ceramic materials are highly promising for solid electrolytes as well as catalysts at high temperatures. Therefore, they possess an outstanding potential for the membrane reactor in which both reaction and separation occur at a same time. Especially, in the case of hydrogen production catalyst, hydrogen separation, and the membrane reactor coupled with catalyst and separation, extensive results have been reported on the effect of the dopant in the solid electrolytes, temperature, and composition of reactants on the performance. In this review, the recent research trend on the application of proton-conducting ceramic materials to hydrogen production catalyst, hydrogen separation, and membrane reactor is surveyed. Moreover, the potential application and prospect of these materials to the next-generation hydrogen production and separation is discussed.
Nanditha Rajapaksha;Kumudu S. Perera;Kamal P. Vidanapathirana
Advances in Energy Research
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v.8
no.1
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pp.41-57
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2022
Electrochemical double-layer capacitors (EDLCs) based on solid polymer electrolytes (SPEs) have gained an immense recognition in the present world due to their unique properties. This study is about preparing and characterizing EDLCs using a natural rubber (NR) based SPE with natural graphite (NG) electrodes. NR electrolyte was consisted with 49% methyl grafted natural rubber (MG49) and zinc trifluoromethanesulfonate ((Zn(CF3SO3)2-ZnTF). It was characterized using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) test, dc polarization test and linear sweep voltammetry (LSV) test. NG electrodes were made using a slurry of NG and acetone. EIS test, cyclic voltammetry (CV) test and galvanostatic charge discharge (GCD) test have been done to characterize the EDLC. Optimized electrolyte composition with NR: 0.6 ZnTF (weight basis) exhibited a conductivity of 0.6 x 10-4 Scm-1 at room temperature. Conductivity was predominantly due to ions. The electrochemical stability window was found to be from 0.25 V to 2.500 V. Electrolyte was sandwiched between two identical NG electrodes to fabricate an EDLC. Single electrode specific capacitance was about 2.26 Fg-1 whereas the single electrode discharge capacitance was about 1.17 Fg-1. The EDLC with this novel NR-ZnTF based SPE evidences its suitability to be used for different applications with further improvement.
Kim, Seok-Koo;Kang, Yong-Ku;Rhee, Hee-Woo;Lee, Chang-Jin
Polymer(Korea)
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v.25
no.4
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pp.568-574
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2001
PEO-like solid polymer electrolytes based on bisphenol A ethoxylate acrylate were synthesized and their electrochemical properties and mechanical stability were studied. Low molecular weight poly(ethylene glycol) dimethyl ether (PEGDMe) was added to increase the conductivity of the electrolyte. The maximum conductivity of the resulting polymer electrolyte was found to be 1.0 ${\times}$ 10$^{-3}$ S/cm [Bisphenol A ethoxylate diacrylate ([EO]/[phenol]= 15), PEGDMe250 80 wt%, LiCF$_3SO_3$] at 30$^{\circ}$C. Tensile strength of the free standing polymer electrolyte films was measured to be in the range of 0.4 ~ 5 MPa and these polymer electrolyte films did not show a crack even in 90$^{\circ}$ and 180$^{\circ}$ bending against ${\phi}$=3 mm bar. These electrolytes showed oxidation stability up to 4.5 V vs. lithium reference electrode.
Characteristics of composite electrolytes which were prepared by coating a thin film of YSZ (yttria sta-bilized zirconia : (ZrO2)0.92 (Y2O3)0.08) on YDC (yttria doped ceria : Ce0.8Y0.2O1.9) with mixed conductivity have been investigated in order to develop the low-temperature solid oxide fuel cell. The thickness (t) of spin-coated YSZ thin films after the heat-treatment at 600$^{\circ}C$ was increased proportionally to the sol con-centrations (C) while the decrease in its thickness with the spin rate ($\omega$) could be expressed in the e-quation of ln t=9.49-0.53 ln $\omega$(0.99mol//s sol conc.) When the sol concentration and the spin rate being less than 0.99 mol/l and higher than 1000 rpm respectively reliable YSZ/YDC composite electrolytes could be obtained by multi-coating although several micro-cracks were observed in singly coated YSZ film surfaces. The dense YSZ film with a 1$\mu\textrm{m}$ thickness was prepared by coating of 0.99 mol/l YSZ sol five-times at 2000 rpm followed by heat-treatment at 1400$^{\circ}C$ for 2h, The adhesion between YSZ film and YDC substrate was found to be very good. The open circuit voltages of H2/O2 single cell with YSZ/YDC composite electrolytes were 0.79∼0.82 V at 800$^{\circ}C$ and 0.75∼0.77V at 900$^{\circ}C$ The open circuit voltage was inversely proportioned to the thickness ratio of YSZ thin film (1$\mu\textrm{m}$) to YDC substrate(0.28-2.22 mm)
Polymer electrolytes consisted of $BF_3LiMA$ and 300 (PEGMA300) or 1100 (PEGMA1100) g $mol^{-1}$ of PEGMA were prepared and the electrochemical properties were characterized. Interestingly, the AC-impedance measurement shows $1.22{\times}10^{-5}S\;cm^{-1}$ of room temperature ionic conductivity from PEGMA1100 based solid polymer electrolytes while $8.54{\times}10^{-7}S\;cm^{-1}$ was observed in PEGMA300 based liquid polymer electrolytes. The more suitable coordination between lithium ion and ethylene oxide (EO) unit might be the reason of higher ionic conductivity which can be possible in PEGMA1100 based electrolytes since it has 23 EO units in monomer. The lithium ion transference number was found to be 0.6 due to the side reactions between $BF_3$ and lithium metal expecially for longer time but 0.9 was observed within 3000 seconds of measuring time which is strong evidence of a single-ion conductor.
In this study, a $Li_2ZrO_3$ coated $Li[Ni_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}]O_2$ (NCA) cathode was applied to an all-solid-state cell employing a sulfide-based solid electrolyte. Sulfide-based solid electrolytes are preferable for all-solid-state cells because of their high ionic conductivity and good softness and elasticity. However, sulfides are very reactive with oxide cathodes, and this reduces the stability of the cathode/electrolyte interface of all-solid-state cells. $Li_2ZrO_3$ is expected to be a suitable coating material for the cathode because it can suppress the undesirable reactions at the cathode/sulfide electrolyte interface because of its good stability and high ionic conductivity. Cells employing $Li_2ZrO_3$ coated NCA showed superior capacity to those employing pristine NCA. Analysis by X-ray photoelectron spectroscopy and electron energy loss spectroscopy confirmed that the $Li_2ZrO_3$ coating layer suppresses the propagation of S and P into the cathode and the reaction between the cathode and the sulfide solid electrolyte. These results show that $Li_2ZrO_3$ coating is promising for reducing undesirable side reactions at the cathode/electrolyte interface of all-solid-state-cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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