드론의 배터리 시스템은 리튬이온 또는 리튬폴리머 배터리를 사용하는데, 드론 사용 후 폐기 과정에서 화재 원인은 폐기되는 배터리에서 발생하는 가연성 가스인 것으로 알려졌다. 폐기공정에 들어간 배터리는 대부분 산소가 발생했지만 미량의 가연성 가스도 발생했고, 처리에 사용된 장비에서도 다량의 염소 이온과 황산염이 검출됐다. 이를 조기에 감지하는 시스템이 구성된다면 폐기 배터리로 인한 사고 위험을 줄일 수 있을 것이다.
There is a great deal of current interest in the development of rechargeable batteries with high energy storage capability due to an increasing demand for electric vehicles (EVs) with driving ranges comparable to those of gasoline-powered vehicles. Among various types of batteries under development, a Li-O2 battery delivers the highest theoretical energy density; thus, it is considered a promising energy storage technology for EV applications. Despite the fact that extensive research efforts have been made in the field of Li-O2 batteries in recent years, there are still many technical challenges to be addressed, such as low round-trip efficiency, poor reversibility, and poor power capability. In this article, we provide a short review on the fundamental electrochemistry of Li-O2 batteries with non-aqueous electrolytes and on electrode materials that have been employed in cathodes (oxygen electrodes). The major aim of this mini-review is to highlight the physical and electrochemical origins of scientific challenges facing Li-O2 battery technology and to overview the strategies proposed to overcome them.
The amorphous vanadium oxide as a cathode material is very preferable for fabricating high performance micro-battery. The amorphous vanadium oxide cathode is preferred over the crystalline form because three times more lithium ions can be inserted into the amorphous cathode, thus making a battery that has a higher capacity. The electrochemical properties of sputtered films are strongly dependent on the oxygen partial pressure in the sputtering gas. The effect of different oxygen partial pressure on the electrochemical properties of vanadium oxide thin films formed by r.f. reactive sputtering deposition were investigated. The stoichiometry of the as-deposited films were investigated by Auger electro spectroscopy. X-ray diffraction and atomic force microscopy measurements were carried out to investigate structural properties and surface morphology, respectively. For high oxygen partial pressure(>30% ), the films were polycrystalline V$_2$O$_{5}$ while an amorphous vanadium oxide was obtained at the lower oxygen partial pressure(< 15%). Half-cell tests were conducted to investigate the electrochemical properties of the vanadium oxide film cathode. The cell capacity was about 60 $\mu$ Ah/$\textrm{cm}^2$ m after 200 cycle when oxygen partial pressure was 20%. These results suggested that the capacity of the thin film battery based on vanadium oxide cathode was strongly depends on crystallinity.y.
The electrochemical behavior of the $LiCoO_2$ electrode, containing carbon black as a conductor, depends upon the nature and characteristics of carbon black. In this study, six different kinds of carbon blacks were employed to investigate the relationship between the properties of carbon blacks and electrochemical characteristics of the electrode. The larger amount of surface oxygen functional groups brought the lower electrical conductivity for the carbon blacks. The electrical conductivity of carbon blacks was closely related to the impurities such as ash and volatile content. The rate capability and cyclability of the electrode were improved with the higher conductivity of carbon blacks used. So, it can be concluded that high conductive carbon black plays an important role as a conductor for high rate of charge-discharge capability and initial efficiency.
The amorphous vanadium oxide thin films for thin-film rechargeable lithium batteries were fabricated by r.f. reactive sputtering at room temperature. As the experimental parameter, oxygen partial pressure was varied during sputtering. At high oxygen partial pressures(>30%), the as-deposited films, constant current charge/discharge characteristics were carried out in 1M $LiPF_6$, EC:DMC+1:1 liquid electrolyte using lithium metal as anode. The specific capacity of amorphous $V_2O_5$ after 200cycles of operation at room temperature was higher compared to crystalline $V_2O_5$. The amorphous vanadium oxide thin film and crystalline film showed about 60$\mu$Ah/$\textrm{cm}^2\mu\textrm{m}$ and about 38$\mu$Ah/$\textrm{cm}^2\mu\textrm{m}$, respectively. These results suggest that the battery capacity of the thin film vanadium oxide cathode strongly depends on the crystallinity.
Kang, Seung Ho;Song, Kyeongse;Jung, Jaepyeong;Jo, Mi Ru;Khan, M. Alam;Kang, Yong-Mook
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제5권2호
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pp.45-48
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2014
$TiO_2$ nanoparticles (NPs) with a diameter of 100 nm were synthesized by a simple hydrothermal route at $220^{\circ}C$ and then processed for a possible alternate cathode catalyst material in the lithium-oxygen batteries. It was found that when $TiO_2$ nanoparticles were utilized as cathodes, substantial improvements in the discharge capacity, cycle ability, rate capability and low overpotential were observed. This can be attributed to its high catalytic activity and large surface area.
Kang, Seung Ho;Song, Kyeongse;Jung, Jaepyeong;Jo, Mi Ru;Khan, M. Alam;Kang, Yong-Mook
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제5권4호
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pp.105-108
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2014
$TiO_2$ nanoparticles (NPs) with a diameter of 100 nm were synthesized by a simple hydrothermal route at $220^{\circ}C$ and then processed for a possible alternate cathode catalyst material in the lithium-oxygen batteries. It was found that when $TiO_2$ nanoparticles were utilized as cathodes, substantial improvements in the discharge capacity, cycle ability, rate capability and low overpotential were observed. This can be attributed to its high catalytic activity and large surface area.
Hye-Jin Park;Seong-Ju Sim;Bong-Soo Jin;Hyun-Soo Kim
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제15권1호
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pp.168-177
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2024
Ni-rich cathode is one of the promising candidates for high-energy lithium-ion battery applications. Due to its specific capacity, easy industrialization, and good circulation ability, Ni-rich cathode materials have been widely used for lithium-ion batteries. However, due to the limitation of the co-precipitation method, including sewage pollution, and the instability of the long production cycles, developing a new efficient and environmentally friendly synthetic approach is critical. In this study, the Ni0.91Co0.06Mn0.03CO3 precursor powder was successfully synthesized by an efficient spray-drying method using carbonate compounds as a raw material. This Ni0.91Co0.06Mn0.03CO3 precursor was calcined by mixing with LiOH·H2O (5 wt% excess) at 480℃ for 5 hours and then sintered at two different temperatures (780℃/800℃) for 15 hours under an oxygen atmosphere to complete the cathode active material preparation, which is a key component of lithium-ion batteries. As a result, LiNi0.91Co0.06Mn0.03O2 cathode active material powders were obtained successfully via a simple sintering process on the Ni0.91Co0.06Mn0.03CO3 precursor powder. Furthermore, the obtained LiNi0.91Co0.06Mn0.03O2 cathode active material powders were characterized. Overall, the material sintered at 780℃ shows superior electrochemical performance by delivering a discharge capacity of 190.76 mAh/g at 1st cycle (0.1 C) and excellent capacity retention of 66.80% even after 50 cycles.
LiMn2O4 thin fiolm cathodes for Li-ion secondary battery were fabricated by r.f. magnetron sputtering technique. As-deposited films were amorphous. A spinel structure could not be obtained LiMn2O4 films by in-situ thermal annealing. After post thermal annealing over $700^{\circ}C$ in oxygen atmosphere, LiMn2O4 films prepared above 100 W r.f. power could be crystallized into a spinel structure. The electrochemical property of the LiMn2O4 film cathodes was tested in a Li/1 M LiClO4 in PC/LiMn2O4 cell. From cyclic voltammetry at scan rate of 2mV/sec of 2.5~4.5V, LiMn2O4 electrode prepared by post annealing at 75$0^{\circ}C$ showed good initial capacity. LiMn2O4 electrode prepared by post annealing at 80$0^{\circ}C$ showed the best crycling performance.
일차전지 환원극의 활물질로 널리 사용되고 있는 불화탄소는 낮은 전기 전도도, 표면 에너지 및 전해질 투과도 등의 요인에 의하여 Li/CFX 일차전지의 율속 성능 저하를 초래한다. 따라서 본 연구에서는 산소 플라즈마를 이용한 표면처리를 통하여 표면이 개질된 불화탄소를 리튬 일차전지의 환원극으로 사용하여 전지 성능을 향상시키고자 하였다. XPS 및 XRD 분석을 통해 산소 플라즈마 처리에 의해 변화된 불화탄소의 표면 화학적 특성 및 결정 구조 변화를 분석하였으며, 이에 따른 리튬 일차전지의 전기 화학적 특성에 대한 변화를 분석하고 고찰하였다. 그 결과, 탄소 대 불소비율(F/C) 비율이 가장 낮은 산소 플라즈마 처리 조건(7.5 min)에서 반이온성 C-F 결합이 가장 많이 형성되었다. 또한, 이 조건에서 제조된 불화탄소를 환원극의 활물질로 사용한 일차전지는 가장 높은 3 C의 율속 특성을 보였으며, 고율속에서도 비교적 높은 용량(550 mAh/g)을 유지하였다. 본 연구를 통하여, 산소 플라즈마 처리를 통해 불화탄소의 불소함량 및 탄소-불소 간의 결합 유형을 조정하여 고율속 성능을 가진 리튬 일차전지를 제조할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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