The electrolyte separator for thermal battery should be easily handled and loaded a large amount of the molten salt. Ceramic fibers, especially fibrous commercial glass filters were used as an electrolyte separator and the lithium based molten salts were infiltrated into the ceramic filters. The pore structures of the ceramic filter and the melting properties of the lithium salts affected to the electrolyte loading and leakage. During the infiltration, ions of $Li^+$ and $F^-$ in the molten salts were reacted with the glass fiber and caused to be weaken the fiber strength.
Electrochemical performance of Li-ion cells with $LiMn_2O_4$ cathodes and graphite anodes with carbonates electrolytes containing quaternary ammonium-based room temperature ionic liquids (ILs) is investigated. Eight different ILs based on tetraalkylammonium, pyrrolidinium or piperidinium cations paired with bis(trifluoromethylsulfonyl)imide or tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate anions are examined in combination with dimethyl carbonate as a main solvent and fluoroethylene carbonate as a solid electrolyte interface forming agent. It is shown that cycling properties of the cells are strongly affected by the content of ILs in the electrolyte mixtures and its increase corresponds to lower discharge capacity retention. Since viscosity and conductivity of ILs are of a great importance for the electrolytes formulation, some kind of combined parameter should be used for the assessment of IL applicability and calculated values of Walden products for neat ILs represent one of the possible options. Besides, positive effect of ILs on reduction of flammability and enhancement of thermal stability of electrolytes in contact with charged electrodes have been demonstrated by means of self-extinguishing time test and differential scanning calorimetry respectively.
In this study, the simultaneous use of a multi-level converter (MLC) as a DC-motor drive and as an active battery cell balancer is investigated. MLCs allow each battery cell in a battery pack to be independently switched on and off, thereby enabling the potential non-uniform use of battery cells. By exploiting this property and the brake regeneration phases in the drive cycle, MLCs can balance both the state of charge (SoC) and temperature differences between cells, which are two known causes of battery wear, even without reciprocating the coolant flow inside the pack. The optimal control policy (OP) that considers both battery pack temperature and SoC dynamics is studied in detail based on the assumption that information on the state of each cell, the schedule of reciprocating air flow and the future driving profile are perfectly known. Results show that OP provides significant reductions in temperature and in SoC deviations compared with the uniform use of all cells even with uni-directional coolant flow. Thus, reciprocating coolant flow is a redundant function for a MLC-based cell balancer. A specific contribution of this paper is the derivation of a state-space electro-thermal model of a battery submodule for both uni-directional and reciprocating coolant flows under the switching action of MLC, resulting in OP being derived by the solution of a convex optimization problem.
One-dimensional rutile $TiO_2$ is an important inorganic compound with applicability in sensors, solar cells, and Li-based batteries. However, conventional synthesis methods for $TiO_2$ nanowires are complicated and entail risks of environmental contamination. In this work, we report the growth of $TiO_2$ nanowires on a Ti alloy powder (Ti-6wt%Al-4wt%V, Ti64) using simple thermal oxidation under a limited supply of $O_2$. The optimum condition for $TiO_2$ nanowire synthesis is studied for variables including temperature, time, and pressure. $TiO_2$ nanowires of ${\sim}5{\mu}m$ in length and 100 nm in thickness are richly synthesized under the optimum condition with single-crystalline rutile phases. The formation of $TiO_2$ nanowires is greatly influenced by synthesis temperature and pressure. The synthesized $TiO_2$ nanowires are characterized using field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), X-ray diffraction (XRD), and high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM).
Kim, Kyungbae;Kim, Han-Seul;Seo, Hyungeun;Kim, Jae-Hun
Corrosion Science and Technology
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v.19
no.1
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pp.31-36
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2020
An efficient wet process approach to modifying natural graphite (NG) electrodes for Li-ion batteries is introduced in this paper. With homogeneous mixing and thermal decomposition of NG with diammonium phosphate ((NH4)2HPO4), phosphorus and nitrogen were successfully incorporated into the surface layer of NG particles. Electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy analyses demonstrated that the surface was well modified by this process. As a result, the treated NG electrodes exhibited much improved electrochemical performance over pristine NG at two different temperatures: 25 ℃ and 50 ℃. Excellent capacity retention of 95.6% was obtained after 100 cycles at 50 ℃. These enhanced properties were confirmed in a morphology analysis on the cross-sections of the NG electrodes after galvanostatic cycling. The improved cycle and thermal stabilities can be attributed to the surface treatment with phosphorus and nitrogen; the treatment formed a stable solid electrolyte interphase layer that performed well when undergoing Li insertion and extraction cycling.
Kim, Moonsu;Lim, Kyungmin;Ha, Jaeyun;Kim, Yong-Tae;Choi, Jinsub
Journal of Surface Science and Engineering
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v.54
no.5
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pp.213-221
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2021
In order to improve the energy density and safety of Li-ion batteries, the development of a separator with high thermal stability and electrolyte wettability is an important desire. Thus, the ceramic separator to replace the polymer type is one of the most promising materials that can prevent short-circuit caused by the formation of dendrite and thermal deformation. In this study, we introduce the fabrication of various anodic aluminum oxide membranes for the application of Li-ion battery separators with the advantages of improved mechanical/thermal stability, wettability, and a high rate of Li+ migration through the membrane. Two different types of through-holes and branched anodic aluminum oxide membranes are well used in lithium-ion battery separators, however, branched anodic aluminum oxide membranes exhibit the most improved performance with capacity (126.0 mAh g-1 @ 0.3C), capacity drop at the high C-rate (30.6 %), and low internal resistance (8.2 Ω).
Seung Hyun Park;Min Gi Chu;Dong Kee Sohn;Han Seo Ko
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.22
no.2
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pp.104-114
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2024
To effectively control heat generation resulting from advancements in fast discharging technology for electric vehicle batteries, hybrid Battery Thermal Management Systems (BTMS) are gaining attention. In this study, a BTMS combining Phase Change Material (PCM) with Oscillating Heat Pipe (OHP) was designed. During the phase change process of the PCM, the maximum battery temperature increased slowly. Additionally, due to the excellent heat transfer capability of the OHP, the PCM/OHP BTMS delayed the time when the maximum battery temperature exceeded 50 ℃ by 810 s compared to the PCM/copper fin BTMS, resulting in the maximum battery temperature that was 41.29 ℃ lower at 3600 s. Furthermore, in the section where the latent heat of the PCM had the greatest impact, the slope of the battery temperature difference was 0.0017 lower than that of the PCM/copper fin BTMS. Therefore, the PCM/OHP BTMS demonstrates its potential as a viable hybrid BTMS.
As the demand for electric vehicles increases, the stability of batteries has become one of the most significant issues. The battery housing, which protects the battery from external stimuli such as vibration, shock, and heat, is the crucial element in resolving safety problems. Conventional metal battery housings are being converted into polymer composites due to their lightweight and improved corrosion resistance to moisture. The transition to polymer composites requires high mechanical strength, electrical insulation, and thermal stability. In this paper, we proposes a high-strength nanocomposite made by infiltrating epoxy into a 3D aligned h-BN structure. The developed 3D aligned h-BN/epoxy composite not only exhibits a high compressive strength (108 MPa) but also demonstrates excellent electrical insulation and thermal stability, with a stable electrical resistivity at 200 ℃ and a low thermal expansion coefficient (11.46×ppm/℃), respectively.
Polyethylene (PE) separator is the most popular separator for lithium-ion batteries. However, it suffers from thermal contraction and mechanical rupture. In order to improve the thermal/mechanical dimensional stabilities, this study investigated the effects of $Si_3N_4$ coating. SCS (Silicon-nitride Coated Separator) has been fabricated by applying 10 ${\mu}m$-thick $Si_3N_4$/PVdF coating on one side of PE separator. SCS exhibits enhanced thermal stability over $100{\sim}150^{\circ}C$: its thermal shrinkage is reduced by 10~20% compared with pristine PE separator. In addition, SCS shows higher tensile strength than PE separator. Employing SCS hardly affects the C-rate performance of $LiCoO_2$/Li coin-cell, even though its ionic conductivity is somewhat lower than that of PE separator.
In this study, effects of pyrite ($FeS_2$) particle sizes on the electrochemical characteristics of thermal batteries are investigated using unit cells made of pulverized pyrite by ball-milling. At $450^{\circ}C$ unit cell discharge test, the electrochemical capacity of $1.46{\mu}m$ pyrite-cell largely increases compared to $98.4{\mu}m$ pyrite-cell, and their internal resistances also decrease. These results are attributed to the increase in the active reaction area of pyrite by ball milling. However, at $500^{\circ}C$ unit cell discharge test, a $1.46{\mu}m$ pyrite cell shows lower internal resistance than that of $98.4{\mu}m$ pyrite cell only at Z-phase region ($FeS_2{\rightarrow}Li_3Fe_2S_4$). After that, a $1.46{\mu}m$ pyrite cell shows a decrease in the cell voltage and an rapid increase of the internal resistance in J-phase region ($Li_3Fe_2S_4{\rightarrow}LiFe_2S_4$) is observed compared to those of $98.4{\mu}m$ pyrite cell. It can be concluded that at the higher temperature, the thermally unstable pulverized pyrite is decomposed thermally as well as self discharged, simultaneously, which causes the higher resistance and lower capacity at $500^{\circ}C$ in J-phase than that of $98.4{\mu}m$ pyrite cell.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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