Jang, Jong H.;Yoon, Song-Hun;Ka, Bok H.;Oh, Seung M.
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.6
no.4
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pp.255-260
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2003
The complex capacitance analysis was performed in order to examine the potential-dependent EDLC characteristics of porous carbon electrodes. The imaginary capacitance profiles $(C_{im}\;vs.\;log\lf)$ were theoretically derived for a cylindrical pore and further extended to multiple pore systems. Two important electrochemical parameters in EDLC can be estimated from the peak-shaped imaginary capacitance plots: total capacitance from the peak area and $\alpha_0$ from the peak position. Using this method, the variation of capacitance and ion conductivity in pores can be traced as a function of electric potential. The electrochemical impedance spectroscopy was recorded on the mesoporous carbon electrode as a function of electric potential and analyzed by complex capacitance method. The capacitance values obtained from the peak area showed a maximum at 0.3V (vs. SCE), which was in accordance with cyclic voltammetry result. The ionic conductivity in pores calculated from the peak position showed a maximum at 0.2 V (vs. SCE), then decreased with an increase in potential. This behavior seems due to the enhanced electrostatic interaction between ion and surface charge that becomes enriched at more positive potentials.
Composite cathodes of 50/50 vol% LSM- YSZ (La$_{1-x}$Sr$_{x}$MnO$_3$-yttria stabilized zirconia) were deposited onto surface- Polished YSZ electrolytes by colloidal deposition technique. The cathode characteristics were then examined by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) and studied by ac impedance spectroscopy (IS). The typical impedance spectra measured for an air/LSM- YSZ/YSZ/Pt/air cell at $700^{\circ}C$ were composed of two depressed arcs. Addition of YSZ to the LSM electrode significantly enlarged the triple-phase boundaries (TPB) length inside the electrode, which led to a pronounced decrease in cathodic resistivity of LSM-YSZ composite electrodes. Polishing the electrolyte surface to eliminate the influences of surface impurities and to enlarge the TPB length can further reduce cathode resistivity. The cathodic resistivity of the LSM- YSZ electrodes was a strong function of operation temperature, composition and particle size of cathode materials, applied current, and electrolyte surface roughness.
In this work, two different platinum (Pt) counter electrodes have been prepared by spin coating a Pt solution and screen printing a Pt paste on fluorine doped tin oxide (FTO) glass substrate followed by sintering at $380^{\circ}C$ for 30 min. Linear sweep voltammetry (LSV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analyses of the Pt electrodes showed that the spin coated electrode was catalytically more active than the screen printed electrode. The above result agrees well with the surface morphology of the electrodes studied by atomic force microscopy (AFM) and the photovoltaic performance of the dye-sensitized solar cells (DSSCs) fabricated with the Pt electrodes. Moreover, calculation of current density-voltage (j-V) curves according to diode model with the parameters obtained from the experimental j-V curves and the EIS data of the DSSCs provided a quantitative insight about how the catalytic activity of the counter electrodes affected the photovoltaic performance of the cells. Even though the experimental situations involved in this work are trivial, the method of analyses outlined here gives a strong insight about how the catalytic activity of a counter electrode affects the photovoltaic performance of a DSSC. This work, also, demonstrates how the photovoltaic performance of DSSCs can be improved by tuning the performance of counter electrode materials.
High capacitance X5R MLCCs based on $BaTiO_3$ ceramic dielectric layers exhibit a single broad, asymmetric arc shape impedance and modulus response over the wide frequency range between 1 MHz to 0.01 Hz. Analysis according to the conventional brick-layer model for polycrystalline conductors employing a series connection of multiple RC parallel circuits leads to parameters associated with large errors and of little physical significance. A new parametric impedance model is shown to satisfactorily describe the experimental spectra, which is a parallel network of one resistor R representing the DC conductivity thermally activated by 1.32 eV, one ideal capacitor C exactly representing bulk capacitance, and a constant phase element (CPE) Q with complex capacitance $A(i{\omega})^{{\alpha}-1}$ with ${\alpha}$ close to 2/3 and A thermally activated by 0.45 eV or ca. 1/3 of activation energy of DC conductivity. The feature strongly indicate the CK1 model by J. R. Macdonald, where the CPE with 2/3 power-law exponent represents the polarization effects originating from mobile charge carriers. The CPE term is suggested to be directly related to the trapping of the electronic charge carriers and indirectly related to the ionic defects responsible for the insulation resistance degradation.
$Li_4Ti_5O_{12}$ is a promising next-generation anode material for lithium-ion batteries due to excellent cycle life, low irreversible capacity, and little volume expansion during charge-discharge process. However, it has poor charge capacity at high current density due to its low electrical conductivity. To improve this weakness, porous $Li_4Ti_5O_{12}$ was synthesized by sol-gel method with P123 as chelating agent. The physical characteristics of as-prepared sample was investigated by XRD, SEM, and BET analysis, and electrochemical properties were characterized by cycle performance test, cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS). $Li_4Ti_5O_{12}$ synthesized by 0.01mol ratio of P123/Ti showed most unified particle size, high specific surface area, and relatively high porosity. EIS analysis showed that depressed semicircle size was remarkably reduced, which suggested resistance value in electrode was decreased. Capacity in rate performance showed 178 mAh/g at 0.2C, 170 mAh/g at 0.5C, 110 mA/h at 5C, and 90 mAh/g at 10C. Capacity retention also showed 99% after rate performance.
In this work further optical and electrical investigations of pure and Zr doped $Mn_3O_4$ (from 0 up to 20 at.%) thin films as a function of frequency. First, the refractive index, the extinction coefficient and the dielectric constants in terms of Zr content are reached from transmittance and reflectance data. The dispersion of the refractive index is discussed by means of Cauchy model and Wemple and DiDomenico single oscillator models. By exploiting these results, it was possible to estimate the plasma pulse ${\omega}_p$, the relaxation time ${\tau}$ and the dielectric constant ${\varepsilon}_{\infty}$. Second, we have performed original ac and dc conductivity studies inspired from Jonscher model and Arrhenius law. These studies helped establishing significant correlation between temperature, activation energy and Zr content. From the spectroscopy impedance analysis, we investigated the frequency relaxation phenomenon and hopping mechanisms of such thin films. Moreover, a special emphasis has been putted on the effect of the oxidation in air of hausmannite thin films to form $Mn_2O_3$ ones at $350^{\circ}C$. This intrigue phenomenon which occurred at such temperature is discussed along with this electrical study. Finally, all results have been discussed in terms of the thermal activation energies which were determined with two methods for both undoped and Zr doped $Mn_3O_4$ thin films in two temperature ranges.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.6
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pp.714-725
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2003
The theory of the current-type electromagnetic flowmeter for a high temporal resolution was developed for two-phase flow measurements. To predict the output of the current-type flowmeter, the three-dimensional virtual potential distribution C and the newly introduced flow pattern coefficient f were derived and computed. The output of flowmeter depends on the liquid conductivity (sensitive to temperature) and flow configurations of the two-phase flow with the sinusoidal excitation over 100 Hz. The flow pattern coefficient was specially devised to separate the dependency on the flow configuration of the two-phase flow from that on the liquid conductivity which can be expressed with the calibration of single-phase flow. Using the finite difference method, the three-dimensional virtual potential distributions were computed for the electrode of finite size. By taking derivative of the virtual potential, the weight functions were evaluated and compared with existing analytic series solution for the point-electrode. There was a reasonable correspondence between the present and existing results. In addition, the flow pattern coefficients were evaluated for annular flows with various film thicknesses, and compared with the experimental results by the impedance spectroscopy. The numerical results agreed well with the experimental data.
Harshini Priyaa, V.S.;Saravanathamizhan, R.;Balasubramanian, N.
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.10
no.2
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pp.159-169
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2019
The activated carbon materials were prepared from waste biomass by ultrasonic assisted chemical activation method (UCA), ultrasonic assisted physical activation method (UPA) and Manganese nitrogen doped carbon (Mn/N-C). The XRD result shows the turbostatic (fully disordered) structure. The cyclic voltammetry test was done at 50 mV/s using 1M sodium sulfate and the values of specific capacitance were found to be 93, 100 and 115 F/g for UCA, UPA and Mn/N-C respectively. The power density values for the samples UCA, UPA and Mn/N-C were found to be 46.04, 87.97 and 131.42 W/kg respectively. The electrochemical impedance spectroscopy was done at low frequency between 1 to 10 kHz. The Nyquist plot gives the resistant characteristics of the materials due to diffusional resistance at the electrode-electrolyte interface. The Energy Dispersive X-Ray Spectroscopyanalysis (EDAX) analysis showed that the percentage doping of nitrogen and manganese were 3.53 wt% and 9.44 wt% respectively. It is observed from the experiment Mn/N-C doped carbon show good physical and electrochemical properties.
Effect of inherent volatile matters in fuels on electrochemical reactions of anode was investigated for a single direct carbon fuel cell (DCFC). Raw coals used as power source in the DCFC release light gases into the atmosphere under the operating temperature of DCFC ($700^{\circ}C$) by thermal decomposition and only char remained. These exhausted gases change the gas composition around anode and affect the electrochemical oxidation reaction of system. To investigate the effect of produced gases, comparative study was conducted between Indonesian sub-bituminous coal and its char obtained through thermal treatment, carbonizing. Maximum power density of raw coal ($52mW/cm^2$) was appeared higher than that of char ($37mW/cm^2$) because the gases produced from the raw coal during thermal decomposition gave additional positive results to electrochemical reaction of the system. The produced gases from coals were analyzed using TGA and FT-IR. The influence of volatile matters on anodic electrolyteelectrode interface was observed by the equivalent circuit induced from fitting of impedance spectroscopy data.
This paper presents theoretical and experimental evaluation of the structural health monitoring (SHM) capability of piezoelectric wafer active sensors (PWAS) at elevated temperatures. This is important because the technologies for structural sensing and monitoring need to account for the thermal effect and compensate for it. Permanently installed PWAS transducers have been One of the extensively employed sensor technologies for in-situ continuous SHM. In this paper, the electro-mechanical impedance spectroscopy (EMIS) method has been utilized as a dynamic descriptor of PWAS behavior and as a high frequency standing wave local modal technique. Another SHM technology utilizes PWAS as far-field transient transducers to excite and detect guided waves propagating through the structure. This paper first presents how the EMIS method is used to qualify and quantify circular PWAS resonators in an increasing temperature environment up to 230 deg C. The piezoelectric material degradation with temperature was investigated and trends of variation with temperature were deduced from experimental measurements. These effects were introduced in a wave propagation simulation software called Wave Form Revealer (WFR). The thermal effects on the substrate material were also considered. Thus, the changes in the propagating guided wave signal at various temperatures could be simulated. The paper ends with summary and conclusions followed by suggestions for further work.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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