This paper reports the effect of adding reduced graphene oxide (RGO) as a conductive material to the composition of an electrode for capacitive deionization (CDI), a process to remove salt from water using ionic adsorption and desorption driven by external applied voltage. RGO can be synthesized in an inexpensive way by the reduction and exfoliation of GO, and removing the oxygen-containing groups and recovering a conjugated structure. GO powder can be obtained from the modification of Hummers method and reduced into RGO using a thermal method. The physical and electrochemical characteristics of RGO material were evaluated and its desalination performance was tested with a CDI unit cell with a potentiostat and conductivity meter, by varying the applied voltage and feed rate of the salt solution. The performance of RGO was compared to graphite as a conductive material in a CDI electrode. The result showed RGO can increase the capacitance, reduce the equivalent series resistance, and improve the electrosorption capacity of CDI electrode.
The heterogeneous electron transfer at $SiMo_{12}O_{40}^{4-}$ monolayers on GC, HOPG, and Au electrode surfaces are investigated using cyclic voltammetric and electrochemical impedance spectroscopic (EIS) methods. The electron transfer of negatively charged $Fe(CN)_6^{3-}$ species is retarded at $SiMo_{12}O_{40}^{4-}$-modified electrode surfaces, while that of positively charged $Ru(NH_3)_6^{3+}$species is accelerated at the modified surfaces. This is due to the electrostatic interactions between $SiMo_{12}O_{40}^{4-}$ layers on surfaces and charged redox species. The electron transfer kinetics of a neutral redox species, 1,1‘-ferrocenedimethanol (FDM), is not affected by the modification of electrode surfaces with $SiMo_{12}O_{40}^{4-}$, indicating the $SiMo_{12}O_{40}^{4-}$ monolayers do not impart barriers to electron transfer of neutral redox species. This is different from the case of thiolate SAMs which always add barriers to electron transfer. The effect of $SiMo_{12}O_{40}^{4-}$ layers on the electron transfer of charged redox species is dependent on the kind of electrodes, where HOPG surfaces exhibit marked effects. Possible mechanisms responsible for different electron transfer behaviors at $SiMo_{12}O_{40}^{4-}$ layers are proposed.
Seo, Seok-Jun;Woo, Jung-Je;Yun, Sung-Hyun;Park, Jin-Soo;Moon, Seung-Hyeon
Korean Membrane Journal
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제10권1호
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pp.46-52
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2008
Optimization of ionomer solution was conducted in order to improve the performance of MEAs in PEMPC. The interface between membrane and electrodes in MEAs is crucial region determining fuel cell performance as well as ORR reaction at cathode. Through the modification of Nafion ionomer content at the interface between membrane and electrodes, an optimal content was obtained with Nafion 115 membranes. Two times higher current density was obtained with the outer Nafion sprayed MEA compared with the non-sprayed one. In addition, the symmetrical impedance spectroscopy mode (SM) exhibited that the resistances of membrane area, proton hydration, and charge transfer decreased as the outer Nafion is sprayed. From the polarization curves and SM, the highest current density and the lowest resistance was obtained at the outer ionomer content of $0.15\;mg\;cm^{-2}$.
An, Mi-Sun;Kim, Han-Joo;Son, Won-Keun;Takahashi, Hideaki;Park, Soo-Gil
Proceedings of the KIEE Conference
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대한전기학회 2005년도 제36회 하계학술대회 논문집 C
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pp.2022-2024
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2005
Electrical double-layer capacitor (EDLC) is an electrochemical energy storage device in which electric charges only accumulated by a pure electrostatic attraction force are stored on the electrolyte-electrode interface in a form of double layer and separated by the electrolyte. The composite was prepared by mixing nanosize $TiO_2$ and activated carbon through a means of ultrasonic vibration in ethanol solution for 30 min in various mass ratios of $AC:TiO_2$ to form activated carbone-semiconducting oxide composites. Either 1.0 M $LiClO_4/EC-DEC$ or $Et_4NBF_4$/EC-DEC was used as the electrolyte. It was found that with modification of $TiO_2$, the specific capacitance of activated carbon measured at $1mA/cm^2$ was increased from 40 to 50 F/g. This method is unique in comparison the conventional method because it uses semiconducting TiO2 other than electrochemically active materials such as $RuO_2$. The increase in specific capacitance could be attributed to the decrease in electric polarization, caused by the introduction of $RuO_2$.
Structually organized mono- and multilayers were developed on gold for the catalytic and affinity biosensing using hyper-branched dendrimers. For the catalytic biosensing interface, a new approach to construct a multilayered enzyme film on the electrode surface was developed. The film was prepared by layer-by-layer depositions of dendrimers and periodate-oxidized glucose oxidase. The voltammograms obtained from the GOx/dendrimer multilayered electrodes revealed that bioelectrocatalytic response is directly correlated to the number of deposited bilayers. From the analysis of voltammetric and ellipsometric signals, the coverage of active enzyme per layer during the layering steps was estimated, demonstrating the spatially-ordered multilayer formation. As an extension of the study, dendrimers having various degrees of ferrocenyl modification were prepared and used. The resulting electrodes were electrochemically characterized, and the density of ferrocenyl groups, active enzyme coverage, and sensitivity were estimated. For the affinity-sensing surrface, a biosensor system based on avidin-biotin interaction was developed. As the building block of affinity monolayer, G4 dendrimer having partial ferrocenyl-tethered surface groups was prepared and used. And the biotinylated and electroactive dendritic monolayer was used for the affinity-sensing surface interacting with avidin. Electrochemical characterization of the resulting biosensor was conducted using free enzyme in electrolyte in terms of degree of surface coverage with avidin and subsequent surface shielding.
Among the lithium metal oxides for hybrid-capacity, $Li_4Ti_5O_{12}(LTO)$ is an emerging electrode material as zero-stain material in volume change during the with the charging and discharging processes. However, LTO has a limitation of low ionic and electronic conductivity. To enhance the ionic and electronic properties of $Li_4Ti_5O_{12}(LTO)$, we synthesized the spherical LTO/CNT composite by sol-gel process for hybrid capacitors. CNT interconnection networks between CNT-LTO particles enhanced electronic conductivity and electrochemical charging/discharging properties. All of the LTO samples was observed to show the spinel structure and spherical morphology with the diameter of $5{\sim}10{\mu}m$. Especially, spherical LTO/CNT composite of the CNT-3 wt% showed the enhanced capacity from 110 mAh/g to 140 mAh/g at 10 C.
Lee Myungro;Byun Dongjin;Jeon Bub Ju;Lee Joong Kee
Korean Journal of Materials Research
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제15권1호
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pp.66-72
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2005
Surface modification of the silicon-coated graphite was carried out at $200^{\circ}C\~800^{\circ}C$ under hydrogen atmosphere. The silicon-coated graphites were prepared by fluidized-bed spray coating method. The components of silicon films prepared on the graphite consist of SiO, $SiO_x\;(1. The components of silicon films at $200^{\circ}C$ of heat treatment brought on the higher fraction of SiO and $SiO_x$ than that of $SiO_2$. However, inactive $SiO_2$ fraction increases with increase of the heat treatment temperature. The high content of SiO and $SiO_x$ in the silicon film on graphite leads to the higher discharge capacity in our experimental range.
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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한국에너지공학회 2004년도 추계 학술발표회 논문집
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pp.133-138
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2004
Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is considered as a clean and efficient energy conversion det ice for mobile and stationary applications. Anions all the components of the PEMFC, the interface between the electrolyte ,and electrode catalyst plays an important role in determining tile cell performance since the electrochemical reactions take place at the interface in contact with tile reactant gases. Therefore, to increase the interface area and obtain a high-performance PEMFC, surface of the electrolyte membrane was roughened by Ar$^{+}$ beam bombardment. The results imply that by modifying surface of the electrolyte membrane, platinum loading can be reduced significantly without performance loss. To optimize the surface treatment condition, effects of ion dose density on characteristics of the membrane/electrode interface were examined by measuring the cell performance, impedance spectroscopy, and cyclic voltammograms. Surface of the modified membranes were characterized using scanning electron microscopy and FT-IR.R.
Park, Sejeong;Hwang, Siyeong;Jung, Seonghwan;Gwak, Juyong;Lee, Jaebeom
Journal of Powder Materials
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제28권5호
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pp.429-434
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2021
Magnetic nanoparticles have a significant impact on the development of basic sciences and nanomedical, electronic, optical, and biotech industries. The development of magnetic structures with size homogeneity, magnetization, and particle dispersibility due to high-quality process development can broaden their utilization for separation analysis, structural color optics using surface modification, and energy/catalysts. In addition, magnetic nanoparticles simultaneously exhibit two properties: magnetic and plasmon resonance, which can be self-assembled and can improve signal sensitivity through plasmon resonance. This paper reports typical examples of the synthesis and properties of various magnetic nanoparticles, especially magnetoplasmonic nanoparticles developed in our laboratory over the past decade, and their optical, electrochemical, energy/catalytic, and bio-applications. In addition, the future value of magnetoplasmonic nanoparticles can be reevaluated by comparing them with that reported in the literature.
Cation exchange membrane (Nafion) was modified to reduce the vanadium ion permeation through the membrane and to increase the vanadium redox flow battery (VRB) system performance by coating the graphene oxide (GO) which has nano-plate like morphology. Modified membrane properties were studied by measuring the ion exchange capacity (I.E.C), water uptake and proton conductivity. The thickness of the coated layer on the surface of the Nafion membrane was observed as $0.93{\mu}m$ by SEM. Proton conductivity and vanadium ion permeability of the modified membrane were decreased to 27% and 25% compared to that of the commercial Nafion membrane respectively. VRB single cell performance test was performed to compare the system performance of the VRB applied with commercial Nafion membrane and modified membrane. VRB system applied with modified membrane showed higher coulombic efficiency and energy efficiency than the VRB system applied with the commercial Nafion membrane due to the reduction of the vanadium ion permeation. From these result, we could suggest that the membrane modification by coating the GO on the surface of the Nafion membrane could be one of the promising strategies to reduce the vanadium ion permeation and to increase the VRB system performance effectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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