The electrochemical performance of all-solid-state cells (ASSCs) based on sulfide electrolytes is critically affected by the undesirable interfacial reactions between oxide cathodes and sulfide electrolytes because of the high reactivity of sulfide electrolytes. Based on the concept that the interfacial reactions are highly dependent on the type of sulfide electrolyte, the electrochemical properties of the ASSCs prepared using three types of sulfide electrolytes were observed and compared. The Li2MoO4-LiI coating layer was also introduced to suppress the interfacial reactions. The cells using argyrodite electrolyte exhibited a higher capacity and Coulombic efficiency than the cells using 75Li2S-22P2S5-3Li2SO4 and Li7P3S11 electrolytes, indicating that the argyrodite electrolyte is less reactive with cathodes than other electrolytes. Moreover, the introduction of Li2MoO4-LiI coating on the cathode surface significantly enhanced the electrochemical performance of ASSCs because of the protection of coating layer. Pulverization of argyrodite electrolyte is also effective in increasing the capacity of cells because the smaller size of electrolyte particles improved the contact stability between the cathode and the sulfide electrolyte. The cyclic performance of cells was also enhanced by pulverized electrolyte, which is also associated with improved contact stability at the cathode/electrolyte. These results show that the introduction of Li2MoO4-LiI coating and the use of pulverized sulfide electrolyte can exhibit a synergic effect of suppressed interfacial reaction by the coating layer and improved contact stability owing to the small particle size of electrolyte.
For electrode stability and the electrochemical performance of the Li-ion cell, it is essential that the active ingredients and unique additives in the polymer binder be well dispersed with the solvent-based slurry. The efficient procedure used to create the slurry affects the rheological characteristics of the electrode slurry. When successively adding different steps of Nmethyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent to the cathode composition, it is evenly disseminated. The electrochemical performance of the Li-ion cells and the electrodes made with slurry formed by single step and multiple steps of addition of NMP solvent are examined. To preform rheological properties of cathode electrode slurry on Ni-rich Lithium Nickel-Cobalt-Aluminum Oxide (LiNi0.80Co0.15Al0.05) (NCA). Also, we investigate different step addition of electrode formation and mechanical strength characterization like peel strength. According to the EIS study, a multi-step electrode slurry has lower internal resistance than a single-step electrode slurry, which results in better electrical characteristics and efficiency. Further, microstructure of electrodes is obtained electrochemical performance in the 18650 cylindrical cells with targeted capacity of 1.5 Ah. The slurry of electrodes prepared by single step and multiple steps of addition of NMP solvent and its effect on the fabrication of 1.5 Ah cells. A three-step solvent addition on slurry has been found to be a lower internal resistance than a single-step electrode slurry as confirmed by the EIS analysis, yielding improved electrical properties and efficiency.
This study is a basic research for the development of high performance flexible electrode material. To enhance its electrochemical property, CuO nanoparticles (CuO NPs) were introduced and dispersed on surface of CNT fiber through electrochemical deposition method. The CNT fiber/CuO NPs electrode was fabricated and applied to electrochemical non-enzymatic glucose sensor. Surface morphology and elemental composition of the CNT fiber/CuO NPs electrode was characterized by scanning electron microscope (SEM) with energy dispersive X-ray spectrometry (EDS). And its electrochemical characteristics were investigated by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and chronoamperometry. The CNT fiber/CuO NPs electrode exhibited the good sensing performance for glucose detection such as high sensitivity, wide linear range, low detection limit and good selectivity due to synergetic effect of CNT fiber and CuO NPs. Based on the unique property of CNT fiber, CuO NPs were provide large surface area, enhanced electrocatalytic activity, efficient electron transport property. Therefore, it is expected to develop high performance flexible electrode materials using various nanomaterials.
Kamenskii, Mikhail A.;Eliseeva, Svetlana N.;Volkov, Alexey I.;Kondratiev, Veniamin V.
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.13
no.2
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pp.177-185
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2022
Electrochemical properties of LiMn2O4 cathode were investigated in three types of Zn-containing electrolytes: lithium-zinc sulfate electrolyte (1M ZnSO4 / 2M Li2SO4), zinc sulfate electrolyte (2MZnSO4) and lithium-zinc-manganese sulfate electrolyte (1MZnSO4 / 2MLi2SO4 / 0.1MMnSO4). Cyclic voltammetry measurements demonstrated that LiMn2O4 is electrochemically inactive in pure ZnSO4 electrolyte after initial oxidation. The effect of manganese (II) additive in the zinc-manganese sulfate electrolyte on the electrochemical performance was analyzed. The initial capacity of LiMn2O4 is higher in presence of MnSO4 (140 mAh g-1 in 1 M ZnSO4 / 2 M Li2SO4 / 0.1 M MnSO4 and 120 mAh g-1 in 1 M ZnSO4 / 2MLi2SO4). The capacity increase can be explained by the electrodeposition of MnOx layer on the electrode surface. Structural characterization of postmortem electrodes with use of XRD and EDX analysis confirmed that partially formed in pure ZnSO4 electrolyte Zn-containing phase leads to fast capacity fading which is probably related to blocked electroactive sites.
So Yeon Shin;Dae-Kwang Lim;Taehee Lee;Sang-Yun Jeon
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.14
no.2
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pp.145-151
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2023
Planer-type electrolyte substrates are often utilized for stack manufacturing of electrolyte-supported solid oxide fuel cells (ES-SOFCs) to fulfill necessary requirements such as a high mechanical strength and redox stability. This work did an electrochemical analysis of ES-SOFC with different NiO-YSZ anode thicknesses to find the optimal value for the high performance of the fuel cell. The cell resistivities were constant at anode thickness between 25-58 ㎛, but a thick anode (74 ㎛) caused a high electrode resistivity leading to a dramatic reduction in cell performance. A stability test was performed for 50 hours at 700℃, and the results showed a degradation rate of 0.3% per 1000 h by extrapolated fitting.
Na-ion batteries are being considered as promising cost-effective energy storage devices for the future compared to Li-ion batteries owing to the crustal abundance of Na-ion. However, the large radius of the Na ion result in sluggish electrode kinetics that leads to poor electrochemical performance, which prohibits the use of these batteries in real time application. Therefore, identification and optimization of the anode, cathode, and electrolyte are essential for achieving high-performance Na-ion batteries. In this context, the current review discusses the suitable high-voltage cathode materials for Na-ion batteries. According to a recent research survey, sodium vanadium fluorophosphate (NVPF) compounds have been emphasized for use as a high-voltage Na-ion cathode material. Among the fluorophosphate groups, $Na_3V_2(PO_4)_2F_3$ exhibited the high theoretical capacity ($128mAh\;g^{-1}$) and working voltage (~3.9 V vs. $Na/Na^+$) compared to the other fluorophosphates and $Na_3V_2(PO_4)_3$. Here, we have also highlighted the classification of Fluorophosphates, NVPF composite with carbonaceous materials, the appropriate synthesis methods and how these methods can enhance the electrochemical performance. Finally, the recent developments in NVPF for the application in energy storage devices and its outlook are summarized.
Electrochemical properties of $LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4$ cathode were investigated with gel polymer electrolyte (GPE). To access fast and efficient transport of ions and electrons during the charge/discharge process, a pure and well-crystallized $LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4$ cathode material was directly synthesized via spray-pyrolysis method. For high operation voltage, polyacrylonitrile (PAN)-based gel polymer electrolyte was then prepared by electrospinning process. The gel polymer electrolyte showed high ionic conductivity of $2.9{\times}10^{-3}S\;cm^{-1}$ at $25^{\circ}C$ and good electrochemical stability. $Li/GEP/LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4$ cell delivered a discharge capacity of $159mAh\;g^{-1}$ at 0.1 C rate that was close to the theoretical value ($170mAh\;g^{-1}$). The cell allows stable cycle performance (99.3% capacity retention) with discharge capacity of $133.5mAh\;g^{-1}$ for over 300 cycles at 1 C rate and exhibits high rate-capability. PAN-based gel polymer is a suitable electrolyte for application in $LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4/Li$ batteries with perspective in high energy density and safety.
Microbial fuel cells (MFCs) are a bioelectrochemical system where electrochemically active bacteria convert organic waste into electricity. Poly(vinyl alcohol) (PVA) and chitosan (CS) are polymers that have been studied as potential alternative ion exchange membranes to Nafion for many electrochemical systems. This study examined the optimal mixing ratio of PVA and chitosan CS in a PVA:CS composite membrane for MFC applications. PVA:CS composite membranes with 1:1, 2:1, and 3:1 ratios were synthesized and tested. The water uptake and ion exchange capacity, Fourier transform infrared spectra, and scanning electron microscopy images were analyzed to determine the physicochemical properties of PVA:CS membranes. The prepared membranes were applied to the ion exchange membrane of the MFC system, and their effects on the electrochemical performance were evaluated. These results showed that the composite membrane with a 3:1 (PVA:CS) ratio showed comparable performance to the commercialized Nafion membrane and produced more electricity than the other synthesized membranes. The PVA:CS membrane implemented MFCs produced a maximum power density of 0.026 mW cm-2 from organic waste with stable performance. Therefore, it can be applied to a cost-effective MFC system.
Lee, Eunji;Kwon, Soon Hyung;Choi, Pooreum;Jung, Ji Chul;Kim, Myung-Soo
Korean Journal of Materials Research
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v.24
no.6
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pp.285-292
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2014
Commercial activated-carbon used as the electrode material of an electric double-layer capacitor (EDLC) was posttreated with various acids and alkalis to increase its capacitance. The carbon samples prepared were then heat-treated in order to control the amount of acidic functional groups formed by the acid treatments. Coin-type EDLC cells with two symmetric carbon electrodes were assembled using the prepared carbon materials and an organic electrolyte. The electrochemical performance of the EDLC was measured by galvanostatic charge-discharge, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy. Among the various activated carbons, the carbon electrodes (CSsb800) prepared by the treatments of coconutshell-based carbon activated with NaOH and $H_3BO_5$, and then heat treated at $800^{\circ}C$ under a flow of nitrogen gas, showed relatively good electrochemical performance. Although the specific-surface-area of the carbon-electrode material ($1,096m^2/g$) was less than that of pristine activated-carbon ($1,122m^2/g$), the meso-pore volume increased after the combined chemical and heat treatments. The specific capacitance of the EDLC increased from 59.6 to 74.8 F/g (26%) after those post treatments. The equivalent series resistance of EDLC using CSsb800 as electrode was much lower than that of EDLC using pristine activated carbon. Therefore, CSsb800 exhibited superior electrochemical performance at high scan rates due to its low internal resistance.
kim, Choon Sung;Roh, Jae Hoon;Bae, Mun Joo;Kim, Chi Nyon;Lim, Nam Gu;Won, Jong Uk
Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene
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v.7
no.1
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pp.49-59
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1997
This study was performed to analyze the purity of technical grade ${\alpha}$-naphthylamine, to establish optimal analytical condition of ${\alpha}$-naphthylamine in urine and to determine the urine sample of workers exposed to ${\alpha}$-naphthylamine. The purity of technical grade ${\alpha}$-naphthylamine were $96.5{\pm}2.38%$, $94.1{\pm}0.97%$, $97.0{\pm}0.02%$ by gas chromatography-mass selective detector. To analyze ${\alpha}$-naphthylamine in urine, high performance liquid chromatography-electrochemical detector and gas chromatography-electron capture detector operating conditions have been optimized by preliminary expriment. In high performance liquid chromatography-electrochemical detector, the mobile phase was consisted of acetonitrile(35%) and water(65%), and the flow rate was maintained at 1.0ml per minute. Optimal detective condition was 9.0V(10nA/V) of electrochemical detector. The recovery of sep-pak treatment method was highly estimated as pretreatment of ${\alpha}$-naphthylamine in urine. The free amine was isolated by gas chromatography-electron capture detector after basic hydrosis, sep-pak treatment, toluene elution and HFBA(heptafluoro-butyric anhydride) derivatization of urine. The recovery of ${\alpha}$-naphthylamine in urine was $98.73{\pm}3.29%$ by gas chromatography-electron capture detector. The sensitivity was more higher than that of high performance liquid chromatography-electrochemical detector. Urinary ${\alpha}$-naphthylamine was detected in only one worker among nine workers. The level of ${\alpha}$-naphthylamine in urine was 6.42 ng/ml.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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