• 제목/요약/키워드: lithium ion batteries

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Adipic Acid Assisted Sol-Gel Synthesis of Li1+x(Mn0.4Ni0.4Fe0.2)1-xO2 (0 < x < 0.3) as Cathode Materials for Lithium Ion Batteries

  • Karthikeyan, Kaliyappan;Amaresh, Samuthirapandian;Son, Ju-Nam;Kim, Shin-Ho;Kim, Min-Chul;Kim, Kwang-Jin;Lee, Sol-Nip;Lee, Yun-Sung
    • Bulletin of the Korean Chemical Society
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    • 제34권1호
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    • pp.89-94
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    • 2013
  • Layered $Li_{1+x}(Mn_{0.4}Ni_{0.4}Fe_{0.2})_{1-x}O_2$ (0 < x < 0.3) solid solutions were synthesized using solgel method with adipic acid as chelating agent. Structural and electrochemical properties of the prepared powders were examined by means of X-ray diffraction, Scanning electron microscopy and galvanostatic charge/discharge cycling. All powders had a phase-pure layered structure with $R\bar{3}m$ space group. The morphological studies confirmed that the size of the particles increased at higher x content. The charge-discharge profiles of the solid solution against lithium using 1 M $LiPF_6$ in EC/DMC as electrolyte revealed that the discharge capacity increases with increasing lithium content at the 3a sites. Among the cells, $Li_{1.2}(Mn_{0.32}Ni_{0.32}Fe_{0.16})O_2$ (x = 0.2)/$Li^+$ exhibits a good electrochemical property with maximum initial capacity of 160 $mAhg^{-1}$ between 2-4.5 V at 0.1 $mAcm^{-2}$ current density and the capacity retention after 25 cycles was 92%. Whereas, the cell fabricated with x = 0.3 sample showed continuous capacity fading due to the formation of spinel like structure during the subsequent cycling. The preparation of solid solutions based on $LiNiO_2-LiFeO_2-Li_2MnO_3$ has improved the properties of its end members.

이중확장칼만필터(DEKF)를 기반한 건설장비용 리튬이온전지의 State of Charge(SOC) 및 State of Health(SOH) 추정 (State of Health and State of Charge Estimation of Li-ion Battery for Construction Equipment based on Dual Extended Kalman Filter)

  • 정홍련;김준호;김승우;김종훈;강은진;윤정우
    • 마이크로전자및패키징학회지
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    • 제31권1호
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    • pp.16-22
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    • 2024
  • 전기자동차와 신재생에너지에 관한 관심이 높아지면서 건설장비 산업분야에서도 리튬이온 배터리를 접목하려는 요구가 높아지고 있다. 건설중장비는 건설 현장의 다양한 작업으로 인해 전류 용량의 감소가 급속히 진행되기 때문에 SOC(State of Charge) 및 SOH(State of Health) 같은 배터리의 상태를 더욱 정확하게 추정할 필요가 있다. 본 논문에서는 SOC와 SOH를 동시에 추정이 가능한 적응제어 기법 기반 이중확장칼만필터(Dual Extended Kalman Filter, DEKF) 알고리즘을 이용하여 실제 측정데이터와의 오차를 비교하였다. 배터리 충전 상태 예측을 위해 배터리 셀을 완전 충전 후 0.2C-rate조건에서 SOC 5% 간격으로 OCV를 측정하였고, 배터리의 열화를 판단할 수 있는 건전성 지표 확보를 위해 다양한 C-rate(0.2, 0.3, 0.5, 1.0, 1.5C rate) 조건에서 50 Cycle 동안 노화 실험을 수행하였다. DEKF를 이용한 SOC 및 SOH 추정 오차는 C-rate이 커질수록 커지는 경향을 보였으며 특히 SOC 추정결과, 0.2, 0.5 및 1C-rate에서 6%이하로 나타남을 확인하였다. 또한 SOH 추정 결과는 0.2 와 0.3C-rate에서 각각 최대오차 1.0% 및 1.3% 이내로 좋은 성능을 보이는 것으로 확인하였다. 다만, C-rate가 0.5C-rate에서 1.5C-rate으로 증가함에 따라 추정오차도 1.5%에서 2%로 다소 증가하는 것을 확인할 수 있었으나, 모든 C-rate 조건에서 DEKF를 사용한 SOH의 추정 성능은 약 2% 이내인 것으로 나타났다.

혼합 용매로서의 1-Ethyl-1-Methyl Piperidinium Bis(Trifluoromethanesulfonyl)Imide의 리튬 이차 전지용 전극별 거동 (1-Ethyl-1-Methyl Piperidinium Bis(Trifluoromethanesulfonyl)Imide as a Co-Solvent for Li-ion Battery Electrodes)

  • 고아름;김기택
    • 전기화학회지
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    • 제17권2호
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    • pp.103-110
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    • 2014
  • 본 연구에서는 리튬 이차 전지의 가연성이 높은 액체 전해액의 대체 또는 개선을 위하여 이온성 액체 전해액으로 전극들에서의 거동을 관찰하였다. 이온성 액체인 1-ethyl-1-methyl piperidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(PP12 TFSI)는 녹는점이 $85^{\circ}C$이므로 상온에서 고체상이다. PP12 TFSI를 단독으로 전해액에 사용할 수 없으므로 리튬 이온 전지용 용매와 혼합하여 사용한다. PP12 TFSI를 50 wt.% 이상 사용하면 난연성이 아주 좋은 반면에 점도가 높아서 전해액 함침이 어렵다. 이온성 액체의 비율을 44 wt.%(이온성 액체:용매=1:1.25 wt.%)로 맞추고, 혼합한 용매는 EC/DEC(1/1 vol.%)이며, $LiPF_6$의 농도가 1.5 M이 되도록 전해액을 준비하여 연구하였다. 준비한 전해액은 자가소화시간 25초의 준수한 난연성을 가지고 있으며, 여러 종류의 전극에서도 우수한 수명 성능을 보여주었다. 적용된 전극은 $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4(LNMO)$, $LiFePO_4(LFP)$, $Li_4Ti_5O_{12}(LTO)$, artificial graphite이며, 특히 음극으로 사용된 artificial graphite에서의 전해액 분해를 방지하기 위한 첨가제의 거동도 관찰하였다. 여전히 전극으로의 함침의 문제가 다소 관찰이 되었으며 이런 문제가 개선될 수 있는 최적화된 혼합 이온성 액체 전해액이 개발된다면 이온성 액체의 난연성 특성은 더욱 활용성이 높아질 것이다.

Organic Clay가 첨가된 고분자 복합 전해질의 제조 및 전기화학적 성질 (Preparation and Electrochemical Properties of Polymeric Composite Electrolytes Containing Organic Clay Materials)

  • 김석;황은주;이재락;김형일;박수진
    • 폴리머
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    • 제31권4호
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    • pp.297-301
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    • 2007
  • 본 연구에서는 poly(ethylene oxide) (PEO), 가소제인 ethylene carbonate(EC), 리튬염인 $LiClO_4$ 그리고 $Na^+-MMT/organic$ MMT를 이용하여 고분자/층상 실리카 나노복합재료(polymer/(layered silicate) nanocomposites, PLSN)를 제조하였으며, organic MMT의 첨가에 따른 고분자 매트릭스에 미치는 영향을 이온전도도를 통하여 관찰하였다. 리튬전지의 전해질로서의 응용을 위해, $Na^+$를 양이온으로 갖는 순수한 MMT($Na^+-MMT$)를 유기화한 nanoclay(organic-MMT)를 사용하였다. 그 결과, 층간 거리 및 소수성이 증가하며 이와 같은 특성은 PEO와의 나노복합체를 형성할 때 MMT의 박리 거동에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이온전도도에서는 organic MMT가 순수한 $Na^+-MMT$보다 우수함을 나타내었으며, methyl dihydrogenated tallow ammonium으로 개질된 MMT(MMT-2OA)를 첨가하였을 때 가장 높은 이온전도도를 보였다.

탄소나노섬유 모형을 이용한 천공된 다각형 코발트 산화물 합성 (Synthesis of Perforated Polygonal Cobalt Oxides using a Carbon Nanofiber Template)

  • 신동요;안건형;안효진
    • 한국분말재료학회지
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    • 제22권5호
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    • pp.350-355
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    • 2015
  • Perforated polygonal cobalt oxide ($Co_3O_4$) is synthesized using electrospinning and a hydrothermal method followed by the removal of a carbon nanofiber (CNF) template. To investigate their formation mechanism, thermogravimetric analysis, field-emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy are examined. To obtain the optimum condition of perforated polygonal $Co_3O_4$, we prepare three different weight ratios of the Co precursor and the CNF template: sample A (Co precursor:CNF template- 10:1), sample B (Co precursor:CNF template-3.2:1), and sample C (Co precursor:CNF template-2:1). Among them, sample A exhibits the perforated polygonal $Co_3O_4$ with a thin carbon layer (5.7-6.2 nm) owing to the removal of CNF template. However, sample B and sample C synthesized perforated round $Co_3O_4$ and destroyed $Co_3O_4$ powders, respectively, due to a decreased amount of Co precursor. The increased amount of the CNF template prevents the formation of polygonal $Co_3O_4$. For sample A, the optimized weight ratio of the Co precursor and CNF template may be related to the successful formation of perforated polygonal $Co_3O_4$. Thus, perforated polygonal $Co_3O_4$ can be applied to electrode materials of energy storage devices such as lithium ion batteries, supercapacitors, and fuel cells.

Volumetric Capacitance of In-Plane- and Out-of-Plane-Structured Multilayer Graphene Supercapacitors

  • Yoo, Jungjoon;Kim, Yongil;Lee, Chan-Woo;Yoon, Hana;Yoo, Seunghwan;Jeong, Hakgeun
    • Journal of Electrochemical Science and Technology
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    • 제8권3호
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    • pp.250-256
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    • 2017
  • A graphene electrode with a novel in-plane structure is proposed and successfully adopted for use in supercapacitor applications. The in-plane structure allows electrolyte ions to interact with all the graphene layers in the electrode, thereby maximizing the utilization of the electrochemical surface area. This novel structure contrasts with the conventional out-of-plane stacked structure of such supercapacitors. We herein compare the volumetric capacitances of in-plane- and out-of-plane-structured devices with reduced multi-layer graphene oxide films as electrodes. The in-plane-structured device exhibits a capacitance 2.5 times higher (i.e., $327F\;cm^{-3}$) than that of the out-of-plane-structured device, in addition to an energy density of $11.4mWh\;cm^{-3}$, which is higher than that of lithium-ion thin-film batteries and is the highest among in-plane-structured ultra-small graphene-based supercapacitors reported to date. Therefore, this study demonstrates the potential of in-plane-structured supercapacitors with high volumetric performances as ultra-small energy storage devices.

모듈화 구조와 IoT 기반의 광센서리스 태양광 추적 시스템 (Photo-Sensorless Solar Tracking System based on Modular Structure and IoT Technology)

  • 김대원;김정태;정교범
    • 전기전자학회논문지
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    • 제24권2호
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    • pp.392-402
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    • 2020
  • 본 논문은 광센서 없는 태양광 추적 시스템을 제안한다. 태양광 추적, MPPT, ESS, 모니터링의 4가지 기능을 모듈화하여 시스템을 구현하였다. 9개의 태양광 패널을 기본단위로, 바람의 영향을 저감하고, 광센서 없이 태양광 추적이 가능하도록 상하좌우 패널의 높낮이를 다르게 한 격자형 구조를 채택하였다. 저가형 MCU를 이용한 부스트 컨버터 PWM 스위칭을 위해 기존 MPPT의 연산 방법을 개선하였다. ESS 모듈은 리튬 이온 배터리 12개(직렬 3셀과 병렬 4셀)를 기본 단위로 구성하여 온도 및 전기 특성의 이상 유무 감시가 가능하게 하였다. 각 모듈의 MCU는 Atmega128 또는 Raspberry PI로 구성하였으며 운전 정보를 상호 교환하고, IoT 기술을 응용하여 실시간 원격 모니터링과 클라우드에 데이터베이스를 구축하여 유지보수가 가능하게 하였다. 실험을 위해 제작된 태양광 발전 시스템의 운전 데이터는 각 모듈의 분산 및 원격 모니터링의 가능성, 유지보수의 편의성 및 광추적 성능을 증명한다.

리튬이온전지의 유기용매분해에 따른 SEI film 형성과 전기화학적 거동에 관한 연구 (A study on the SEI film formation as organic solvent decomposition of lithium ion batteries and its electrochemical behavior)

  • 김민성;구할본
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2001년도 추계학술대회 논문집 Vol.14 No.1
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    • pp.545-549
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    • 2001
  • We have produced electrolyte solution out of 1.15M $LiPF_6$ EC/EMC/DEC/PC(30/55/10/5 by vol%) as a reference, and at the same time, performed basic physical property test using a single solvent of 1.15M $LiPF_6$ DEC, DMC, EMC and a 2 component electrolyte solution of 1.15M $LiPF_6$ EC/DEC(1/2 by vol%) and PC/DEC(1/2 by vol%). Cyclic Voltammetry Analysis showed that, compared to existing carbonate organic solvent, the addition of DEC,DMC and EMC brought the de-decomposition peak of salt anion of $PF_6$ and the solvent at lower oxidization potential of 2.3V, 0.7V and 2.1V(vs. $Li/Li^+$). In addition, a kinetics current peak, in which intercalation of Lt is proceeded at 750mV, 450mV(vs. $Li/Li^+$), was confirmed. These findings suggest that the DEC solvent decomposition occurred at an electric potential lower than that of oxidization of existing carbonate organic solvent. Through the impedance analysis, we checked electric charge transfer resistance($R_{ct}$) according to the electric potential of $Li^+$ intercalation at 750mV(vs. $Li/Li^+$), which was the same as the resistance ($R_f$) and cyclic voltammetry of SEI film that was formed at Reference. By doing so, we found that the significant decrease of polarization resistance($R_p$) when Reference was played a part in the formation of compact SEI layer at the initial decomposition reaction.

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NH4OH 수용액 하에서 Cu 호일의 산화를 통해 합성한 CuO 나노벽의 가스센싱 특성 (Gas sensing properties of CuO nanowalls synthesized via oxidation of Cu foil in aqueous NH4OH)

  • 슈엔하이엔뷔엔;팜티엔헝;풍딘호앗;이시홍;이상욱;이준형;김정주;허영우
    • 한국표면공학회:학술대회논문집
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    • 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.141-141
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    • 2018
  • Copper is one of the most abundant metals on earth. Its oxide (CuO) is an intrinsically p-type metal-oxide semiconductor with a bandgap ($E_g$) of 1.2-2.0 eV 1. Copper oxide nanomaterials are considered as promising materials for a wide range of applications e.g., lithium ion batteries, dye-sensitized solar cells, photocatalytic hydrogen production, photodetectors, and biogas sensors 2-7. Recently, high-density and uniform CuO nanostructures have been grown on Cu foils in alkaline solutions 3. In 2011, T. Soejima et al. proposed a facile process for the oxidation synthesis of CuO nanobelt arrays using $NH_3-H_2O_2$ aqueous solution 8. In 2017, G. Kaur et al. synthesized CuO nanostructures by treating Cu foils in $NH_4OH$ at room temperature for different treatment times 9. The surface treatment of Cu in alkaline aqueous solutions is a potential method for the mass fabrication of CuO nanostructures with high uniformity and density. It is interesting to compare the gas sensing properties among CuO nanomaterials synthesized by this approach and by others. Nevertheless, none of above studies investigated the gas sensing properties of as-synthesized CuO nanomaterials. In this study, CuO nanowalls versus nanoparticles were synthesized via the oxidation process of Cu foil in NH4OH solution at $50-70^{\circ}C$. The gas sensing properties of the as-prepared CuO nanoplates were examined with $C_2H_5OH$, $CH_3COCH_3$, and $NH_3$ at $200-360^{\circ}C$.

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리튬 이온 전지용 LiMn$_2$O$_4$ 정극의 X-선 회절 분석과 충방전 용량과의 관계 (Relation of X-ray diffraction and charge/discharge capacity Of LiMn$_2$O$_4$ cathode for Lithium ion batteries)

  • 정인성;구할본
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 1998년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.347-350
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    • 1998
  • We studied relation of X-ray diffraction and charge/discharge capacity of LiMn$_2$O$_4$ cathode. LiMn$_2$O$_4$ is prepared by reacting stoichiometric mixture of LiOH.$H_2O$ and MnO$_2$ (mole ratio 1 : 2) and heating at $700^{\circ}C$, 80$0^{\circ}C$ for 24hr, 36hr, 48hr, 60hr and 72hr. Through X-ray diffraction pattern, it is analyzed that crystal structure and lattice parameter and peak ratio so on. We obtained X-ray diffraction pattern that varied lattice parameter and peak intensity by function of calcining temperature and time. Cathode active materials calcined at 80$0^{\circ}C$ for 36hr shown that (111)/(311) Peak ratio at X-ray diffraction pattern was 0.37. It means that crystal structure is formed very well in this temperature and time. In the result of charge/discharge test, cathode active material calcined at 80$0^{\circ}C$ for 36hr displayed excellent charge/discharge properties than that of cathode active materials calcined at other temperature and title. In this study, we certified that spinel structure basied cubic is formed very well at 80$0^{\circ}C$ for 36hr. In this case, (111)/(311) peak ratio at X-ray diffraction is 0.37, and charge/discharge properties is excellent than others.

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