The electrochemical behavior of the $LiCoO_2$ electrode, containing carbon black as a conductor, depends upon the nature and characteristics of carbon black. In this study, six different kinds of carbon blacks were employed to investigate the relationship between the properties of carbon blacks and electrochemical characteristics of the electrode. The larger amount of surface oxygen functional groups brought the lower electrical conductivity for the carbon blacks. The electrical conductivity of carbon blacks was closely related to the impurities such as ash and volatile content. The rate capability and cyclability of the electrode were improved with the higher conductivity of carbon blacks used. So, it can be concluded that high conductive carbon black plays an important role as a conductor for high rate of charge-discharge capability and initial efficiency.
Based on mussel-inspired polydopamine (PDA), a novel technique to fabricate carbon nanowire (CNW) arrays is presented for a possible use of porous carbon electrode in electrochemical energy storage applications. PDA can give more porosity and nitrogen-doping effect to carbon electrodes, since it has high graphitic carbon yield characteristic and rich amine functionalities. Using such outstanding properties, the applicability of PDA for electrochemical energy storage devices was investigated. To achieve this, the decoration of the CNW arrays on carbon fiber surface was performed to increase the surface area for storage of electrical charge and the chemical active sites. Here, zinc oxide (ZnO) nanowire (NW) arrays were hydrothermally grown on the carbon fiber surface and then, PDA was coated on ZnO NWs. Finally, high temperature annealing was performed to carbonize PDA coating layers. For higher energy density, manganese oxide ($MnO_x$) nanoparticles (NPs), were deposited on the carbonized PDA NW arrays. The enlarged surface area induced by carbon nanowire arrays led to a 4.7-fold enhancement in areal capacitance compared to that of bare carbon fibers. The capacitance of nanowire-decorated electrodes reached up to $105.7mF/cm^2$, which is 59 times higher than that of pristine carbon fibers.
The microporous carbon derived from PVDC-resin by a simple heat-treatment under an inert atmosphere exhibits a reasonable specific capacitance for a supercapacitor's electrode. However, the capacitance was rapidly decreased at high charge/discharge rate. The micropores present in an electrode surface hinder the entrance of an electrolyte ion onto the entire surface. To induce the meso-sized pores during the carbonization of PVDC-resin, Mg(OH)2 was utilized as a hard template. The porous carbon made from the mixture of PVD-Cresin and Mg(OH)2 include mesopores as well as micropores. The induced mesopores does not homogeneously distributed on the entire surface of the synthesized carbon. The PVDC-resin and Mg(OH)2 are dissolved in the dimethylformamide for the hard template to evolve the pores on the synthesized carbon uniformly. The carbon made from PVDC-resin with solvent and a hard template contains mostly mesopores resulting in the high power performance. The reduced amount of solvent in the precursor derives the carbon with high specific surface area and high power density.
We have studied microstructure of carbn fiber and graphite using scanning electron microscope, x-ray diffractommetry and x-ray photoelectron spectroscopy. According to the results, intercalation of lithium ion affected formation of film on carbon surface and changed structural parameter. Also, we found that film on carbon surface included lithium ion. And, the results of XPS indicated that surface of lithiated carbon materials existed P and F consisting electrolyte. Thus, We expected electrolyte cointercalated with lithium.
When carbon electrode is used as an anode in Li ion battery, passivation film forms on the electrode surface during the initial charge process due to so called Solid-Electrolyte Interphase (SEI). The passivation film formed by solvent decomposition during the initial charge process affects charge/discharge capacity. In this paper, 1 M $LiPF_6,EC:DEC$ (1 : 1, volume ratio) electrolyte with $Li_2CO_3$, at various temperatures, the electrochemical characteristics of passivation film formed on Kawasaki Mesophase Fine Carbon electrode surface were investigated by using chronopotentiometry, cyclic voltammetry, and impedance spectroscopy. Experimental observations indicated that as solvent decomposition occurred, the decomposition voltage was strongly dependent on ionic conductivity, which was low in the process at low temperature. The impedance of passivation film formed during the initial charge process, were dependent on the temperature.
Hwang, Nong-Moon;Park, Hwang-Kyoon;Suk Joong L. Kang
The Korean Journal of Ceramics
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v.3
no.1
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pp.5-12
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1997
Charged carbon clusters which are formed by the gas activation are suggested to be responsible for the formation of the metastable diamond film. The number of carbon atoms in the cluster that can reverse the stability between diamond and graphite by the capillary effect increases sensitively with increasing the surface energy ratio of graphite to diamond. The gas activation process produces charges such as electrons and ions, which are energetically the strong heterogeneous nucleation sites for the supersaturated carbon vapor, leading to the formation of the charged clusters. Once the carbon clusters are charged, the surface energy of diamond can be reduced by the electrical double layer while that of graphite cannot because diamond is dielectric and graphite is conducting. The unusual phenomena observed in the chemical vapor deposition diamond process can be successfully approached by the charged cluster model. These phenomena include the diamond deposition with the simultaneous graphite etching, which is known as the thermodynamic paradox and the preferential formation of diamond on the convex edge, which is against the well-established concept of the heterogeneous nucleation.
Oxidized activated carbons were prepared by reacting steam-activated carbon developed from pecan shells with nitric acid of varying strength (15, 30, 45 and 60%). The textural properties and the chemistry of the surface of the non-oxidized and of the oxidized carbons were determined from nitrogen adsorption and base neutralization capacities. The uptake of Pb(II) and Cd(II) from aqueous solution by these carbons was determined by kinetic and equilibrium experiments as well as by the column method. Treatment with nitric acid brought about drastic decrease in surface area and remarkable increase in the pore size of the carbon with these changes depending on the strength of nitric acid. Nitric acid increased the surface acidity by developing new surface oxygen functional groups of acidic nature. $HNO_3$-oxidized carbons exhibited high adsorption capacities for Pb(II) and Cd(II). The adsorption of these ions increased with the decrease of the surface pH of the carbon and with the increase of the solution pH from 2.5 to 6 and 7. The amount adsorbed from lead and cadmium was also related to the amount of surface acidity, the pH of the point of zero charge and on some metal ion parameters. Cadmium and lead uptake by the investigated carbons followed pseudo-second order model and the equilibrium sorption data fitted Langmuir adsorption model.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.19
no.7
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pp.636-643
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2006
Si-C materials were synthesized by the heating the mixture of silicon and polyvinylidene fluoride (PVDF). The electrochemical properties of the Si-C materials as the high capacitive anode materials of lithium secondary batteries were evaluated by the galvanostatic charge-discharge test through 2032 type $Si-C{\mid}Li$ coin cells. Charge-discharge tests were performed at C/10 hour rate(C = 372 mAh/g). Initial discharge and charge capacities of $Si-C{\mid}Li$ cell using a Si-C material derived from PVDF(20wt.%) were found to be 1,830 and 526 mAh/g respectively. The initial discharge-charge characteristics of the developed Si-C electrode were analyzed by the electrochemical galvanostatic test adopting the capacity limited charge cut-off condition(GISOC). The range of reversible specific capacity IIE(intercalation efficiency at initial discharge-charge) and IICs(surface irreversible specific capacity) were 216 mAh/g, 68 % and 31 mAh/g, respectively.
Jong kyu Back;Jihyeon Ryu;Yong-Ho Park;Ick-Jun Kim;Sunhye Yang
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.14
no.2
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pp.184-193
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2023
This study investigates the effects of a carbon fiber layer formed on the surface of an etched aluminum current collector on the electrochemical properties of the activated carbon electrodes for an electric double layer capacitor. A particle size analyzer, field-emission SEM, and nitrogen adsorption/desorption isotherm analyzer are employed to analyze the structure of the carbon fiber layer. The electric and electrochemical properties of the activated carbon electrodes using a carbon fiber layer are evaluated using an electrode resistance meter and a charge-discharge tester, respectively. To uniformly coat the surface with carbon fiber, we applied a planetary mill process, adjusted the particle size, and prepared the carbon paste by dispersing in a binder. Subsequently, the carbon paste was coated on the surface of the etched aluminum current collector to form the carbon under layer, after which an activated carbon slurry was coated to form the electrodes. Based on the results, the interface resistance of the EDLC cell made of the current collector with the carbon fiber layer was reduced compared to the cell using the pristine current collector. The interfacial resistance decreased from 0.0143 Ω·cm2 to a maximum of 0.0077 Ω·cm2. And degradation reactions of the activated carbon electrodes are suppressed in the 3.3 V floating test. We infer that it is because the improved electric network of the carbon fiber layer coated on the current collector surface enhanced the electron collection and interfacial diffusion while protecting the surface of the cathode etched aluminum; thereby suppressing the formation of Al-F compounds.
Hong Seung-hyun;Jung Se-hun;Kim Young-jin;Choi Jae-bong;Baik Seunghyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.2
s.245
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pp.179-186
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2006
Dielectrophoresis has received considerable attention for separating nanotubes according to electronic types. Here we examine the effects of surface conductivity of semiconducting single-walled carbon nanotubes (SWNT), induced by ionic surfactants, on the sign of dielectrophoretic force. The crossover frequency of semiconducting SWNT increases rapidly as the conductivity ratio between the particle and medium increases, leading to an incomplete separation of ionic surfactant suspended SWNT at an electric field frequency of 10 MHz. The surface charge of SWNT is neutralized by an equimolar mixture of anionic surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) and cationic surfactant cetyltrimenthylammonium bromide (CTAB), resulting in negative dielectrophoresis of semiconducting species at 10 MHz. A comparative Raman spectroscopy study shows a nearly complete separation of metallic SWNT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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