The voltage produced from the salinity gradient in reverse electrodialysis (RED) increases proportionally with the number of cell pairs of alternating cation and anion exchange membranes. Large-scale RED systems consisting of hundreds of cell pairs exhibit high voltage of more than 10 V, which is sufficient to utilize water electrolysis as the electrode reaction even though there is no specific strategy for minimizing the overpotential of water electrolysis. Moreover, hydrogen gas can be simultaneously obtained as surplus energy from the electrochemical reduction of water at the cathode if the RED system is equipped with proper venting and collecting facilities. Therefore, RED-driven water electrolysis system can be a promising solution not only for sustainable electric power but also for eco-friendly hydrogen production with high purity without $CO_2$ emission. The RED system in this study includes a high membrane voltage from more than 50 cells, neutral-pH water as the electrolyte, and an artificial NaCl solution as the feed water, which are more universal, economical, and eco-friendly conditions than previous studies on RED with hydrogen production. We measure the amount of hydrogen produced at maximum power of the RED system using a batch-type electrode chamber with a gas bag and evaluate the interrelation between the electric power and hydrogen energy with varied cell pairs. A hydrogen production rate of $1.1{\times}10^{-4}mol\;cm^{-2}h^{-1}$ is obtained, which is larger than previously reported values for RED system with simultaneous hydrogen production.
$LiNi_{1-x}Mg_xO_2$(x=0, 0.025, 0.05, 0.075, 0.1) samples were synthesized by the solid-state reaction method. The crystal structure was analyzed by X-ray powder diffraction and Rietveld refinement. $LiNi_{1-x}Mg_xO_2$samples give single phases of hexagonal layered structures with a space group of R-3m. The calculated cation-anion distances and angles from the Rietveld refinement were changed with Mg contents in $LiNi_{1-x}Mg_xO_2$. The thicknesses of $NiO_2$ slabs were increased and the distances between the $NiO_2$ slabs were decreased with the increase in Mg contents in the samples. The electrical conductivities of sintered $LiNi_{1-x}Mg_xO_2$ samples were around $10^{-2}$ S/cm at room temperature. The electrochemical performances of $LiNi_{1-x}Mg_xO_2$were evaluated by coin cell test. Compared to $LiNiO_2$, $LiNi_{0.95}Mg_{0.05}O_2$ exhibited improved high-rate capability and cyclability due to the well-ordered layered structure by doping of Mg ion.
Dissociation into Lithium-polysulfide electrolyte due to repeated cycles during the Lithium/Sulfur battery reaction is a major problem of reduced battery lifespan. We searched for a porous carbon with a large specific surface area that infiltrated S to prevent liquid Lithium-polysulfide from being dissolved in electrolyte, induce adsorption of Lithium-polysulfide, and further increase conductivity. In order to obtain porous carbon spheres with a large specific surface area, the carbon spheres of 1939 m2/g were raised to 2200 m2/g through additional KOH treatment. In addition, through heat treatment with S, a carbon sulfur compound containing 75 wt% of S was fabricate and material analysis was conducted on the possibility of using the cathode material. The electrochemical characteristics of the Reference (622; sulfur: 60%, conductive material: 20%, binder: 20%) pouch cell and the pouch cell made using 75wt% of carbon sulfur compound were analyzed. 75wt% of carbon sulfur pouch cell showed a 20% increase in lifespan and 10% improvement in C-rate compared to the Reference pouch cell after 50 cycles.
Solid oxide fuel cells (SOFCs) is the high efficiency fuel cell operating at high temperatures ranging from 700-1000℃. Design of the flow paths of the fuel and air in SOFCs is important to improve cell performance and prevent cell degradation. However, the uneven distribution of current density in the traditional type having one inlet and outlet causes cell degradation. In this regard, the parallel flow path with two inlet and outlets was designed and compared to the traditional type based on computational fluid dynamics (CFD) simulation. To check the cell performance, hydrogen distribution, velocity distribution and current density distribution were monitored. The results validated that the parallel designs with two inlets and outlets have a higher cell performance compared to the traditional design with one inlet and outlet due to a larger reaction area. In case of uniform-type paths, more uniform current density distribution was observed with less cross-sectional variation in flow paths. In case of contracted and expanded inflow paths, significant improvement of performance and uniform current density was not observed compared to uniform parallel path. Considering SOFC cell with uniform current density can prevent cell degradation, more suitable design of SOFC cell with less cross-sectional variation in the flow path should be developed. This work can be helpful to understand the role of flow distribution in the SOFC performance.
In this study, it was aimed to evaluate direct oxidation of aqueous solution containing cefalexin antibiotic with new generation Sn/Sb/Ni: 500/8/1 anode. The fact that there is no such a study on treatment of cefalexin with these new anode made this study unique. According to the operating parameters evaluation COD graphs showed clearer results compared to TOC and CLX and thus, it was it was chosen as major parameter. Furthermore, pseudo-first degree kd values were calculated from CLX results to show more accurate and specific results. Experimental results showed that after 60 min of electrochemical oxidation, complete removal of COD and TOC was accomplished with 750 mg L-1 KCl, at pH 7, 50 mA cm-2 current density and 1 cm anode-cathode distance. Also, the stability of the Sn/Sb/Ni anode was evaluated by taking SEM and AFM images and XRD analysis before and after of electrochemical oxidation processes. According to the results, it was not occurred too much change on the anode surface even after 300 h of electrolysis. Thus, it was thought that the anode material was not corroded to a large extent. Furthermore, the removal efficiencies were very high for almost all the time and conditions. According to the results of the study, electrochemical oxidation with new generation Sn/Sb/Ni anodes for the removal of cefalexin antibiotic was found very successful and applicable due to require less reaction time complete mineralization and doesn't require pH adjustment step compared to other studies in literature. In future studies, different antibiotic types should be studied with this anode and maybe with real wastewaters to test applicability of the process in treatment of pharmaceutical wastewaters containing antibiotics, in a better way.
In this paper, we investigated the effect of an indirect oxidation zone in an electrolysis reactor that used Ti/$IrO_2$ as the anode and SUS 316L as the cathode. Based on our preliminary results, the electrolysis reactor was operated with pole plate interval of 6 mm, current density 1.0 $A/dm^2L$ and electrolyte concentration 15%. The removal efficiency, COD (chemical oxygen demand), was additionally increased by 55% and 12.5${\sim}$15.0% in the direct and indirect oxidation zones, respectively. The removal efficiencies of T-N (total nitrogen) and T-P (total phosphorus) were found to be 88% and 75%, respectively. It was shown that the additional effect of the indirect oxidation zone on the removal was nearly negligible. Also, as the removal of COD,T-N and T-P took place during the initial2${\sim}$5 days of reaction, it was concluded that there was no need to extend the retention time of the electrolysis reactor.
Hongxuan Xing;Zhen Li;Enrui Feng;Xiaomin Wang;Hongguang Kang;Yiyong Wang;Hui Jin;Jidong Li
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.14
no.1
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pp.75-84
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2023
The accumulation of spent carbide (YG8), not only pollutes the environment but also causes waste of tungsten, cobalt and other rare metal resources. To better address this issue, we proposed a combined electrochemical separation process of low-temperature aqueous solution and high-temperature molten salt for tungsten and cobalt. H2WO4 was obtained from spent carbide in an aqueous solution, and we calcined it to obtain WO3, which was used as a raw material to obtain tungsten by using molten salt electrodeposition. The influence of the current efficiency and the electrochemical behavior of the discharge precipitation of W(VI) were also studied. The calcination results showed that the morphology of WO3 was regular and there were no other impurities. The maximum current efficiency of 82.91% was achieved in a series of electrodeposition experiments. According to XRD and SEM analysis, the recovered product was high purity tungsten, which belongs to the simple cubic crystal system. In the W(VI) reduction mechanism experiments, the electrochemical process of W(VI) in NaCl-Na2WO4-WO3 molten salt was investigated using linear scanning voltammetry (LSV) and chronoamperometry in a three-electrode system. The LSV showed that W(VI) was reduced at the cathode in two steps and the electrode reaction was controlled by diffusion. The fitting results of chronoamperometry showed that the nucleation mechanism of W(VI) was an instantaneous nucleation mode, and the diffusion coefficient was 7.379×10-10 cm2·s-1.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.2C
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pp.89-98
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2006
In this study, the iron and aluminium electrode was put in marine clay which was taken from south coast in Korea to increase the undrained shear strength by inducing the densification and cementation between clay particles and precipitation which was developed by electrode decomposition. For raising the cementation rate and reducing treatment time, high electric current( 2.5A) was applied in each electrode at semi-pilot scale soil box with marine clay. After the tests, the undrained shear strength was measured at designated points using cone penetration test device and sampling was conducted simultaneously in order to measure water content, pH and electric conductivity which would be the key for configuring the cementation effects indirectly. The iron electrode decomposition test results show that the water content adjacent to anode section decreased in 35% and increased in 13% at cathode section. The measured shear strength however, was increased considerably comparing to initial shear strength because of cementation effect between iron ions and soil particles. In case of aluminium electrode decomposition test, the distribution of measured shear strength and degree of improvement were more homogeneous than iron electrode decomposition test.
Alper Erdem Yilmaz;Baybars Ali Fil;Murat Tolga Yilmaz;Serkan Bayar;Zuhal Koksal
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.15
no.1
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pp.178-189
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2024
This work aims to investigate the efficiency of electrocoagulation (EC) of pistachio processing industrial wastewater (PPIW) using the continuous EC process. The tubular reactor made of stainless steel with an internal diameter of 60 mm was used as a cathode electrode. The effect of some parameters was examined on the removal of chemical oxygen demand (COD) and total phenols (TP) removal efficiency. The influences of the initial pH of wastewater (from 4 to 8), flow rate (from 25 to 125 mL/min), current density (from 7 to 21 mA/cm2), and supporting electrolyte type (NaCl, NaNO3, and Na2SO4), supporting electrolyte concentration (from 10 to 100 mg/L NaCl) on removal efficiency were investigated to determine the best experimental conditions. The examination of the physico-chemical parameters during the EC treatment showed that the best removal efficiency was obtained under conditions where the flow rate was 25 mL/min (20 min reaction time), the pH value was 5.2, and the current density was 21 mA/cm2 has set. Under these experimental conditions, COD and TP removal efficiency were found to be 75% and 97%, respectively, while energy consumption was 18.5 kW h/m3. The study results show that the EC can be applied to PPIW pre-treatment.
JAEGEUN LEE;JAEKYUNG LEE;SUNGGI KWON;GYECHOON PARK
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.35
no.3
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pp.336-344
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2024
In this study, a Ni0.9Co0.05Mn0.05(OH)2 precursor used as an anode active material using a black powder leaching solution of a recycled lithium ion battery was prepared through coprecipitation synthesis with co-precipitation time, NH4OH concentration, pH, and stirring time as variables. The characteristics of the prepared powder were analyzed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), particle size analysis (PSA), and inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES). It was confirmed that the single crystal thickness of the LiNi1-x-yCoxMnyO2 (NCM) precursor changes depending on the NH4OH concentration and reaction pH value, and thicker single crystals are formed at 2 M NH4OH compared to 1 M and at pH 10.8-11.8 compared to pH 11.8-12.0. NCM precursor particles increased with coprecipitation time, and it was confirmed that the 72 hours NCM precursor had the largest particle size. Through ICP-OES analysis, it was confirmed that the NCM precursor was synthesized with the target composition of Ni2+:Co2+:Mn2+=90:5:5.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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