Vanadium redox flow batteries (VRFBs) using the electrolytes containing various vanadium ions in sulfuric acid as supporting solution are one of the energy storage devices in alternatively charging and discharging operation modes. The positive electrolyte contains $V^{5+}/V^{4+}$ and the negative electrolyte $V^{2+}/V^{3+}$ depending on the operation mode. To prevent the mixing of two solutions, proton exchange membranes are mainly used in VRFBs. Nafion 117 could be the most promising candidate due to the strong oxidative property of $V^{5+}$ ion, but causes high crossover of electroactive species to result in a decrease in coulombic efficiency. In this study, the composite membranes using Nafion ionomer and porous polyethylene substrate were prepared to keep good chemical stability and to decrease the cost of membranes, and were compared to the properties and performance of the commercially available electrolyte membrane, Nafion 117. As a result, the water uptake and ionic conductivity of the composite membranes increased as the thickness of the composite membranes increased, but those of Nafion 117 slightly decreased. The permeability of vanadium ions for the composite membranes significantly decreased compared to that for Nafion 117. In a single cell test for the composite membranes, the voltage efficiency decreased and the coulombic efficiency increased, finally resulting in the similar energy efficiency. In conclusion, the less cost of the composite membranes by decreasing 6.4 wt.% of the amount of perfluorinated sulfonic acid polymer due to the introduction of porous substrate and lower vanadium ion permeability to decrease self-discharge were achieved than Nafion 117.
One of the greatest challenges for our society is providing powerful electrochemical energy conversion and storage devices. Rechargeable lithium-ion batteries and fuel cells are among the most promising candidates in terms of energy and power density. As the starting material, $TiCl_4{\cdot}YCl_3$ solution and dispersing agent (HCP) were mixed and synthesized using ammonia as the precipitation agent, in order to prepare the nano size Y doped spherical $TiO_2$ precursor. Then, the $Li_4Ti_5O_{12}$ was synthesized using solid state reaction method through the stoichiometric mixture of Y doped spherical $TiO_2$ precursor and LiOH. The Ti mole increased the concentration of the spherical particle size due to the addition of HPC with a similar particle size distribution in a well in which $Li_4Ti_5O_{12}$ spherical particles could be obtained. The optimal synthesis conditions and the molar ratio of the Ti 0.05 mol reaction at $50^{\circ}C$ for 30 minutes and at $850^{\circ}C$ for 6 hours heat treatment time were optimized. $Li_4Ti_5O_{12}$ was prepared by the above conditions as a working electrode after generating the Coin cell; then, electrochemical properties were evaluated when the voltage range of 1.5V was flat, the initial capacity was 141 mAh/g, and cycle retention rate was 86%; also, redox reactions between 1.5 and 1.7V, which arose from the insertion and deintercalation of 0.005 mole of Y doping is not a case of doping because the C-rate characteristics were significantly better.
There is an increasing interest in the development of rechargeable batteries suitable for use in both hybrid electric vehicles and energy storage systems that require higher charge & discharge rates, bigger battery sizes and increased safety of the batteries. Spinel-type lithium titanium oxide ($Li_4Ti_5O_{12}$) as a potential anode for lithium ion batteries has many advantages. It is a zero-strain materials and it experiences no structural change during the charge/discharge precess. Thus, it has long cycle life due to its structural integrity. It also offers a stable operation voltage of approximately 1.55 V versus $Li^+/Li$, above the reduction potential of most organic electrolyte. In this study, Ru added $Li_4Ti_5O_{12}$ composites were synthesized by solid state process. The characteristics of active material were investigated with TGA-DTA, XRD, SEM and charge/discharge test. The capacity was reduced when Ru was added, however, the polarization decreased. The capacity rate of $Li_4Ti_5O_{12}$ with Ru (3%, 4%) addition was reduced during the charge/discharge precess with 10 C-rate as a high current density.
Lithium-ion rechargeable batteries (LIBs) have garnered increasing attention with the rapid advancements in portable electronics, electric vehicles, and grid-scale energy storage systems which are expected to drastically change our future lives. This review describes a separator membrane, one of the key components in LIBs, in terms of porous structure and physicochemical properties, and its recent development trends are followed. The separator membrane is a kind of porous membrane that is positioned between a cathode and an anode. Its major functions involve electrical isolation between the electrodes while serving as an ionic transport channel that is filled with liquid electrolyte. The separator membranes are not directly involved in redox reactions of LIBs, however, their aforementioned roles significantly affect performance and safety of LIBs. A variety of research approaches have been recently conducted in separator membranes in order to further reinforce battery safeties and also widen chemical functionalities. This review starts with introduction to commercial polyolefin separators that are currently most widely used in LIBs. Based on this understanding, modified polyolefin separators, nonwoven separators, ceramic composite separators, and chemically active separators will be described, with special attention to their relationship with future research directions of advanced LIBs.
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.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.10
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pp.197-203
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2014
The safety and arming device(SAD), one of the components of the fuzes, shall provide safety that is consistent with handling, storage, transportation, use, and disposal. In this paper, we describes the design of the SAD which includes the solenoid assembly and the solenoid driving circuit to improve the safety of the fuzes. The solenoid assembly consists of a coil assembly, a restoring spring, and a core. The solenoid assembly is added in the SAD as an additional safety device. In case of the normal circumstances, the core of the solenoid assembly restrains the $1^{st}$ and $2^{nd}$ safety devices of the SAD for those devices not to operate at all, so that the SAD can secure safety for storage, transportation, and use. In contrast, when the battery power is provided to the solenoid driving circuit just before the flight, the core confirms the power level and starts removing the restraint from the $1^{st}$ and $2^{nd}$ safety devices of the SAD, and then the SAD is able to change its mode from safety mode to armed mode. After firing, once the SAD's operations complete, the turned-on arming switch stops providing the power to the solenoid assembly automatically. It can reduce the power consumption at solenoid assembly. Therefore, the proposed solenoid driving circuit for the solenoid assembly not only unlocks the restrained solenoid assembly from the safety devices, but also saves the power consumption during the flight.
Hard disks have been the most prevalent secondary storage devices and these days their usage is becoming more important in mobile computing systems due to I/O intensive applications such as multimedia applications and games. However, significant power consumption in the disk drives still limits battery lifetimes of mobile systems critically. In this paper, we show that using several smaller disks (instead of one large disk) can be an energy-efficient secondary storage solution on typical mobile platforms without a significant performance delay. Also, we propose a novel energy-efficient technique, which clusters related data into groups and migrates the correlated groups to the same disk. We compare this method with the existing data concentration scheme, and also combine them. The experiments show that our technique saves the energy consumption up to 34% when a pair of 1.8' disks is used instead of a single 2.5' disk with a negligible increase in the average response time. The results also show that our method also saves up to 14.8% of disk energy consumption and improve the average I/O response time by up to 10 times over the existing scheme.
The alloys $ZrMn_2Ni_x$ (x=0.0, 0.3, 0.6, 0.9 and 1.2) as the alloys of Zr-Mn-Ni three component system were prepared and their hydrogen-storage properties and their electrochemical properties were investigated. The C14 Laves phase formed in all the alloys $ZrMn_2Ni_x$. Among these alloys $ZrMn_2Ni_{0.6}$ was activated relatively easily(after about 11 charge-discharge cycles), and had the largest discharge capacity(max. 45mAh/g). For all the alloys Zr was dissolved most easily into the 6M KOH solution. More Mn and Ni were dissolved from the $ZrMn_2Ni_{0.6}$ alloy than from the other alloys. Due to the active charge and discharge of the $ZrMn_2Ni_{0.6}$ alloys, related to the easier activation and the larger discharge capacity, Zr, Mn and Ni in this alloy were considered to be dissolved more easily into the 6M KOH solution, compared with the other alloys.
In order to develop polymer electrolyte for lithium/sulfur batteries, highly microporous P(VdF-HFP) membranes were prepared by phase inversion method. Porous structure was controlled by extracting NMP with mixture of deionized water and methanol. Porous structure of the membranes was observed with SEM. Polymer electrolytes were prepared by soaking the porous membranes in 1M $LiCF_3SO_3-TEGDME/EC$. The ionic conductivity of polymer electrolyte was found to be at high as $2\times10^{-3}S/cm$ when the polymer membrane extracted by $80\%$ methanol was used. The microporous polymer electrolyte optimized in this work displayed high ionic conductivity, uniform pore size, low interfacial resistance and stable ionic conductivity with storage time. The ionic conductivity of polymer electrolytes was measured with various lithium salts, and the conductivity showed $3.3\times10^{-3}S/cm$ at room temperature when $LiPF_6$ was used as a lithium salt.
$Li_2MnO_3-LiMO_2$(M=Ni, Co, Mn) nano-composite is a promising cathode material for xEV application due to its high theoretic capacity. However high voltage operating system of $Li_2MnO_3-LiMO_2$(M=Ni, Co, Mn) has worked as a hurdle in its application because of the inherent demerits, such as cycle life degradation and gas evolution. In order to enhance cell performance of $Li_2MnO_3-LiMO_2$(M=Ni, Co, Mn)/graphite cell, we examined electrolyte mainly composed of FEC, fluroalkyl ether and $LiPF_6$ (F-based EL). F-based EL showed much better discharging retention ratio than 1.3 M $LiPF_6$ EC/EMC/DMC (3/4/3, v/v/v) (STD). Furthermore gas evolution, especially CO and $CO_2$ during $60^{\circ}C$ storage for 30 days was dramatically reduced owing to thermal stable SEI formation effect of F-based EL.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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