• Journal of Electrochemical Science and Technology
• /
• 제13권3호
• /
• pp.339-346
• /
• 2022

Silicon (Si) has attracted considerable attention due to its high theoretical capacity compared to conventional graphite anode materials. However, Si-based anode materials suffer from rapid capacity loss due to mechanical failure caused by large volume change during cycling. To alleviate this phenomenon, crosslinked polymeric binders with strong interactions are highly desirable to ensure the electrode integrity. In this study, thermally crosslinked polyimide binders were used for Si-alloy anodes in Li-ion batteries. The crosslinked polyimide binder was found to have high adhesion strength, resulting in enhanced electrode integrity during cycling. Therefore, the Si-alloy anodes with crosslinked polyimide binder provide enhanced electrochemical performance, such as Coulombic efficiency, capacity retention, and cycle stability.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제50권2호
• /
• pp.168-172
• /
• 2013

This work presents the effects of binders on the electrochemical performance of Si-C composites as the anode of lithium ion batteries. PAI (polyamide-imide) was used as an organic binder, and PAN (polyacrylonitrile), PAA (polyacrylic acid) and CMC + SBR (carboxymethyl cellulose + styrene-butadiene rubber) were used as aqueous binders. As a result, stabilization time for the cell with a Si-C composite anode synthesized using aqueous binders became shorter than an organic binder. Particularly in the case of the cell using PAA binder, better performance was observed in terms of adhesion strength, initial efficiency, the volume expansion ratio, Coulombic efficiency, and capacity retention.

• 멤브레인
• /
• 제22권5호
• /
• pp.285-300
• /
• 2012

바나듐 흐름전지는 오랜 사이클 수명, 높은 에너지효율, 낮은 제조단가 그리고 친환경성으로 인하여 에너지저장장치의 한 부분이 될 것으로 기대되고 있다. 바나듐 흐름전지 시스템의 핵심 부품의 하나로서 이온교환막은 이온이 계속적으로 전달되는 동안 양극과 음극 전해질의 투과를 저해하는 물성이 요구된다. 그러나 Nafion과 같은 이온교환막은 넓은 시장성의 확보를 위한 목표성능의 달성을 위한 몇가지 과제들에 직면하고 있다. 그러므로 이러한 문제들을 해결하기 위하여 최근까지 개발된 여러가지 이온교환막에 대하여 Nafion과 비교하여 바나듐 흐름전지특성에 대하여 조사하였다.

• 멤브레인
• /
• 제33권1호
• /
• pp.13-22
• /
• 2023

리튬 금속 기반 전극의 높은 용량에도 불구하고, 제어가 어려운 덴드라이트 성장은 낮은 쿨롱 효율, 안전 문제를 야기해, 리튬금속 배터리의 상용화를 제한한다. 본 연구에서는 압전 복합체인 BaTiO₃/PVDF (BTO@PVDF) 기반 보호층을 리튬금속에 코팅, 덴드라이트에 의한 부피팽창으로 발생한 변형을 분극을 이용하여, 리튬 금속 전극의 안정성 및 성능을 향상하고자 한다. 이를 통해, 균일한 리튬이온의 증착이 가능해졌으며, BTO@PVDF 전극은 100 사이클 동안 약 98.1% 이상의 쿨롱 효율을 나타내었다. 또한, CV를 통해 향상된 리튬이온의 확산계수(D_Li+) 증가를 보였으며, 본 연구에서 제시된 전략은 리튬 금속 전극의 성능 향상에 새로운 길을 나타내준다.

• 전기화학회지
• /
• 제22권4호
• /
• pp.148-154
• /
• 2019

바나듐 산화물계 물질은 고용량의 구현이 가능하여 리튬이온 이차전지용 음극재료로 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 새로운 음극물질로써 포타슘 메타바나데이트($KVO_3$)를 합성하였으며, 이를 음극 활물질로서의 전기화학적 특성에 대하여 평가하였다. $NH_4VO_3$와 KOH 수용액을 당량에 맞추어 혼합한 후에 이를 가열하여 암모니아를 제거하고 건조함으로써 $KVO_3$ 분말을 손쉽게 합성할 수 있었다. 이렇게 얻어진 $KVO_3$를 300 내지 $500^{\circ}C$에서 8시간 동안 열처리하였다. 열처리 온도가 증가할 수록 초기용량은 감소하였으나, 수명과 효율은 일부 개선되는 경향을 나타내었으나 큰 차이가 나타나지 않았다. 반면에 $KVO_3$를 사용한 전지의 제조 시에 PVdF (polyvinylidene fluoride) 대신에 PAA (polyacrylic acid) 바인더를 사용한 경우 및 전해액 첨가제인 FEC (fluoroethylene carbonate) 를 적용하는 경우에 전기화학적 성능이 크게 개선되었다. 이 전지의 초기 가역용량과 쿨롱효율이 각각 1169 mAh/g과 76.3%로 개선되어 리튬이온 이차전지용 새로운 음극재료로 가능성을 기대할 수 있을 것이다.

• 전기화학회지
• /
• 제24권4호
• /
• pp.77-92
• /
• 2021

전기자동차의 주행거리는 리튬이온전지의 에너지 밀도에 의해 결정된다. 리튬이온전지의 에너지 밀도 향상을 위해서는 단위 질량 당 많은 양의 리튬 이온을 저장할 수 있는 고용량 활물질 소재 개발이 필수적이다. 양극 기술의 급속한 발전은 이론적으로 구현 가능한 최대 용량에 근접한 수준의 가역 용량을 활용할 수 있는 수준에 이르렀다. 반면 음극은 90년대에 도입된 흑연을 현재까지도 주요 활물질로 활용하는데 머무르고 있다. 음극의 용량을 증가시키는 방법으로 고용량-장수명 특성을 지닌 실리콘 산화물 활물질을 음극에 첨가하는 방식이 가장 유력하게 검토되고 있다. 그러나 실리콘 산화물의 낮은 초기 쿨롱 효율은 음극 내 실리콘 산화물의 함량을 15% 이내로 제한하여 음극 용량 증가에 걸림돌이 되고 있다. 이에 따라 실리콘 산화물 등 고용량 음극의 초기 효율을 개선할 수 있는 사전리튬화 기술이 점점 많은 주목을 받고 있다. 본 리뷰논문에서는 사전리튬화 기술의 개념 및 효과에 대해 설명하고 현재까지 개발된 사전리튬화 기술을 반응 방식에 따라 분류하여 소개한다. 특히, 리튬화 반응의 균질성이 높고 대량 양산에 강점을 지닌 용액 기반 화학적 사전리튬화 기술의 최신 개발 동향을 집중적으로 소개하였다. 상용화가 가능한 사전리튬화 기술 개발이 가까운 미래의 차세대 리튬이온전지 음극재 시장의 주도권 확보의 핵심 조건이 될 것으로 기대한다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제21권8호
• /
• pp.1068-1076
• /
• 1997

Emission control of acid exhaust gases from coal-fired power plants and waste incinerators has become an increasing concern of both industries and regulators. Among those gaseous emissions, SO$_{2}$ has been eliminated by a Spray Drying Absorber (SDA) system, where the exhaust gas is mixed with atomized limestone-water slurry droplets and then the chemical reaction of SO$_{2}$ with alkaline components of the liquid feed forms sulfates. Liquid atomization is necessary because it maximizes the reaction efficiency by increasing the total surface area of the alkaline components. An experimental study was performed with a laboratory scale SDA to investigate whether the scrubbing efficiency for SO$_{2}$ reduction increased or not with the application of a DC electric field to the limestone-water slurry. For a selected experimental condition SO$_{2}$ concentrations exited from the reactor were measured with various applied voltages and liquid flow rates. The applied voltage varied from -10 to 10 kV by 1 kV, and the volume flow rate of slurry was set to 15, 25, 35 ml/min which were within the range of emission mode. Consequently, the SO$_{2}$ scrubbing efficiency increased with increasing the applied voltage but was independent of the polarity of the applied voltage. For the electrical and flow conditions considered a theoretical study of estimating average size and charge of the atomized droplets was carried out based on the measured current-voltage characteristics. The droplet charge to mass ratio increased and the droplet diameter decreased as the strength of the applied voltage increased.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제51권5호
• /
• pp.615-621
• /
• 2013

본 연구에서는 수계 레독스 흐름전지에서 사용하는 멤브레인 특성분석방법을 개선하여 비수계 레독스 흐름 전지를 위한 멤브레인 특성분석방법을 확립하였다. 비수계 레독스 흐름 전지에 적합한 멤브레인 특성을 확인하기 위해 상용 멤브레인의 이온교환능력, 이동수, 이온 전도도, 활물질 투과도, 전지효율 실험 등 특성분석들을 수행하였다. 상용 음이온 교환 멤브레인의 특성분석 실험을 통해 충 방전 효율 및 에너지효율과 이온 선택성의 상관관계를 조사하였다. Neosepta AHA 음이온 교환 멤브레인은 이동수 측정에서 0.81의 값으로 비수계 전해질에서 비교적 낮은 이온 선택성을 보였지만, 충방전 전지효율 평가에서는 92%의 충 방전효율과 86%의 에너지효율을 각각 나타내었다. 또한 이온의 선택성이 없는 다공성 멤브레인은 높은 전류밀도의 비수계 레독스 흐름 전지에 적절함을 알 수 있었다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
• /
• 제34권2호
• /
• pp.384-388
• /
• 2013

Fluorine-doping on the $Li_{1+x}Mn_{1.9-x}Al_{0.1}O_4$ spinel cathode materials is found to alter crystal shape, and enhance initial interfacial reactivity and solid electrolyte interphase (SEI) formation, leading to improved initial coulombic efficiency in the voltage region of 3.3-4.3 V vs. Li/$Li^+$ in the room temperature electrolyte of 1 M $LiPF_6$/EC:EMC. SEM imaging reveals that the facetting on higher surface energy plane of (101) is additionally developed at the edges of an octahedron that is predominantly grown with the most thermodynamically stable (111) plane, which enhances interfacial reactivity. Fluorine-doping also increases the amount of interfacially reactive $Mn^{3+}$ on both bulk and surface for charge neutrality. Enhanced interfacial reactivity by fluorine-doping attributes instant formation of a stable SEI layer and improved initial cyclic efficiency. The data contribute to a basic understanding of the impacts of composition on material properties and cycling behavior of spinel-based cathode materials for lithium-ion batteries.

• 열처리공학회지
• /
• 제30권2호
• /
• pp.61-66
• /
• 2017

$SnO_2$ was electrodeposited on nodule-type Cu foil at varing current density and electrodeposition time. Unlike the previous research results, when the anodic current is applied, the $SnO_2$ layer was not electrodeposited and the substrate is corroded. When the cathodic current was applied, the $SnO_2$ layer could be successfully deposited. At this time, the surface microstructure of the powdery type was observed, which showed similar crystallinity to amorphous and had a very large surface area. Crystallinity increased after low-temperature heat treatment at $250^{\circ}C$ or lower. As a result of evaluating the charge/discharge performances as an anode material for lithium ion battery, it was confirmed that the capacity of the heat treated $SnO_2$ was increased more than 2 times, but it still showed a limit point showing initial low coulombic efficiency and low cyclability. However, it was confirmed that the battery performances may be enhanced through optimizing the electrodeposition process and introducing post heat treatment.