Recently, with the expanding market for electronic devices and electric vehicles, secondary battery usage has been on the rise. Lithium-ion batteries are particularly popular due to their fast charging times and lightweight nature compared to other types of batteries. A secondary battery consists of four components: anode, cathode, electrolyte, and separator. Generally, the positive and negative electrode materials of secondary batteries are composed of an active material, a binder, and a conductive material. Acetylene Black (AB) is utilized to enhance conductivity between active material particles or metal dust collectors, preventing the binder from acting as an insulator. However, when recycling waste batteries that have been subject to high usage, there is a risk of fire and explosion accidents, as accurately identifying the characteristics of Acetylene Black dust proves to be challenging. In this study, the lower explosion limit for Acetylene Black dust with an average particle size of 0.042 ㎛ was determined to be 153.64 mg/L using a Hartmann-type dust explosion device. Notably, the dust did not explode at values below 168 mg, rendering the lower explosion limit calculation unfeasible. Analysis of explosion delay times with varying electrode gaps revealed the shortest delay time at 3 mm, with a noticeable increase in delay times for gaps of 4 mm or greater. The findings offer fundamental data for fire and explosion prevention measures in Acetylene Black waste recycling processes via a predictive model for lower explosion limits and ignition delay time.
Recently, many researches on the high-voltage 5 V class cathode material have focused on $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$, where $Mn^{3+}$ in the existing $LiMn_2O_4 (Li[Mn^{3+}][Mn^{4+}]O_4)$ is replaced by $Ni^{2+}(Li[Ni^{2+}]_{0.5}[Mn^{4+}]_{1.5}O_4)$ in order to utilize $Ni^{2+}/Ni^{4+}$ redox reaction in the 5V region. The partial substitution of Mn in $LiMn_2O_4$ for other transition metal element, $LiM_yMn_{1-y}O_4$(M=Cr, Al, Ni, Fe, Co, Cu, Ga etc) is known as a good solution to overcome the problems associated with $LiMn_2O_4$ like the gradual capacity fading. In this study, we synthesized $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ through a mechanochemical process and investigated its morphological, crystallographic and electrochemical characteristics. The results showed that 4 V peaks had been found in the cyclic volammograms of the synthesized powders due to the existence of $Mn^{3+}$ from the incomplete substitution of $Ni^{2+}$ for $Mn^{3+}$ implying that the mechanochemical activation alone was not good enough to synthesize an exact stoichiometric compound of $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$. The synthetic condition of mechanochemical process, such as type of starting materials, ball-mill and calcination condition was optimized for the best electrochemical performance.
Jeon Eun Jeong;Yoon Young Soo;Nam Sang Cheol;Cho Won Il;Shin Young Wha
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.3
no.2
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pp.115-120
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2000
All solid-state thin film micro-batteries consisting of lithium metal anode, an amorphous LiPON electrolyte and cathode of vanadium oxide have been fabricated and characterized, which were fabricated with cell structure of $Li/LiPON/V_2O_5Pt$. The effect of various oxygen partial pressure on the electrochemical properties of vanadium oxide thin films formed by d.c. reactive sputtering deposition were investigated. The vanadium oxide thin film with deposition condition of $20\%\;O_2/Ar$ ratio showed good cycling behavior. In in-siか process, the LiPON electrolyte was deposited on the $V_2O_5$ films without breaking vacuum by r.f. magnetron sputtering at room temperature. After deposition of the amorphous LiPON, the Li metal films were grown by a thermal evaporator in a dry room. The charge-discharge cycle measurements as a function of current density and voltage variation revealed that the $Li/LiPON/V_2O_5$ thin film had excellent rechargeable properly when current density was $7{\mu}A/cm^2$. and cut-off voltage was between 3.6 and 2.7V In practical experiment, a stopwatch ran on this $Li/LiPON/V_2O_5$ thin film micro-battery. This result means that thin film micro-battery fabricated by in-siか process is a promising for power source for electronic devices.
For the reservoir sediment highly contaminated with total Cr, Pb, and Cd, the applicability of electrokinetic remediation method was evaluated. Also, BCR sequential extraction method was adopted to compare the heavy metal speciation in between before and after electrokinetic reaction that is operated under constant current condition for the sediment. After reaction, total Cr and Pb moved toward the direction of anode, while Cd tended to cathode and stayed highest in the midst of sediment specimen. From the BCR sequential extraction analysis, it was known that for total Cr and Pb the residual fraction that showed high fraction before reaction decreased and changed to the oxidation fraction. On the other hand, for Cd the fraction of exchangeable/carbonate that dominated most fractions before reaction changed to the residual and oxidation fractions.
In this research, $5\times5cm^2$ unit cells were fabricated via liquid condensation process and uniaxial pressing followed by the screen printing of electrolyte and cathode layer. The SOFC stack was assembled with unit cells, gasket-type sealant and metal interconnect. The stack was designed to have a single column with internal-manifold and cross-flow type gas-channels. The SOFC stack produced 15 W, which is $50\%$ of the maximum power being expected from the maximum power density of the unit cell. Controlling factors for the proper operation of the SOFC stack and other designing factors of stack manifold and gas channels were discussed.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.10
no.12
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pp.3731-3739
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2009
One-chambered sediment cells with a variety of anodic electrodes were tested for generation of electricity. Material used for anodes was iron, brass, zinc/iron, copper and graphite felt which was used for a common cathode. The estuarine sediment served as supplier of oxidants or electron-producing microbial habitat which evoked electrons via fast metal corrosion reactions or a complicated microbial electron transfer mechanism, respectively. Maximum power density and current density were found to be $6.90\;W/m^2$ (iron/zinc) and $7.76\;A/m^2$ (iron), respectively. Interestingly, copper wrapped with carbon cloth produced better electric performance than copper only, by 60%, possibly because the cloth not only prevented rapid corrosion on the copper surface by some degrees, but also helped growing some electron-emitting microbes on its surface. At anodes oxidation reduction potential(ORP) was kept to be stationary over time except at the very initial period. The pH reduction in the copper and copper/carbon electrodes could be a sign of organic acid production due to a chemical change in the sediment. The simple estimation of interfacial, electrical resistances of electrodes and electrolyte in the sediment cell that a key to the electricity generation should be in how to control corrosion rate or microbial electron transfer activity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.9
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pp.931-935
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2012
In this study, we fabricate and investigate low-temperature solid oxide fuel cells with a ceramic substrate/porous metal/ceramic/porous metal structure. To realize low-temperature operation in solid oxide fuel cells, the membrane should be fabricated to have a thickness of the order of a few hundreds nanometers to minimize IR loss. Yttrium-doped barium zirconate (BYZ), a proton conductor, was used as the electrolyte. We deposited a 350-nm-thick Pt (anode) layer on a porous substrate by sputter deposition. We also deposited a 1-${\mu}m$-thick BYZ layer on the Pt anode using pulsed laser deposition (PLD). Finally, we deposited a 200-nm-thick Pt (cathode) layer on the BYZ electrolyte by sputter deposition. The open circuit voltage (OCV) is 0.806 V, and the maximum power density is 11.9 mW/$cm^2$ at $350^{\circ}C$. Even though a fully dense electrolyte is deposited via PLD, a cross-sectional transmission electron microscopy (TEM) image reveals many voids and defects.
Kim, Tack-Jin;Ahn, Do-Hee;Eun, Hee-Chul;Lee, Sung-Jai
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.16
no.1
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pp.59-64
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2018
In case of high contents of rare earths in the LiCl-KCl salt, it is not easy to recover U and TRU metals as a usable resource form from LiCl-KCl eutectic salts generated from the pyroprocessing of spent nuclear fuel. In this study, a conversion of $UCl_3$ into an oxide form using $K_2CO_3$ and an electrodeposition of $NdCl_3$ into a metal form in $LiCl-KCl-UCl_3-NdCl_3$ system were conducted to resolve the problem. Before conducting the conversion, experimental conditions for the conversion were determined by performing a thermodynamic equilibrium calculation. In this study, almost all of $UCl_3$ disappeared in the LiCl-KCl salt when the injection of $K_2CO_3$ reached theoretical equivalent for the conversion, and then $NdCl_3$ was effectively electrodeposited as a metal form using liquid zinc cathode. After that, the LiCl-KCl salt became transparent, and uranium oxides were precipitated to the bottom of the LiCl-KCl salt. These results will be utilized in designing a process to separate U and rare earths in LiCl-KCl salt.
Owing to the demand for lithium-ion batteries, the recovery of valuable metals from waste lithium-ion batteries is required in future. A pyrometallurgical treatment is appropriate for recycling a large number of waste lithium-ion batteries, but Li loss to slag and dust present a significant challenge. This research investigated carbonation roasting and water leaching behaviors in Li-ion batteries by graphite addition to recover Li from the NCM-based cathode materials of waste Li-ion batteries. When 10 wt% of graphite was added, CO and CO2 gases were emitted with a rapid weight reduction at apporoximately 850 K, when heated in Ar and CO2 atmosphere. After the rapid weight reduction, NCM was decomposed and reduced to metal oxides and pure metals. In the carbonation roasting of black powder (NCM+graphite), O2 is generated via the decomposition of NCM, and an oxides, such as Li2O and NiO were were also generated. Subsequently, Li2O reacts with CO2 to generate Li2CO3, and a part of NiO was reduced by graphite to produce metal Ni. In addition, up to 94.5 % Li2CO3 with ~99.95 % purity was recovered via water leaching after carbonation roasting.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.11
no.4
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pp.120-129
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2003
The anodic alumina is synthesized using 0.3M oxalic acid and the barrier layers of the anodic alumina are removed using the 20wt% $H_2SO_4$ solution. The structure of the anodic alumina is analyzed by XRD and SEM. It is observed by SEM that the size of anodic alumina pore is about 60nm. And the uniformity of the anodic alumina surface under the 20wt% $H_2SO_4$ solution is poorer than the unifomity of the the normal anodic alumina surface. The anodic alumina and the carbon are used cathode and anode in$Cd(NO_3)_2{\cdot}4H_2O$, $Co(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$ and $PbSO_4$ solutions. In this study, the constant D.C. electrical current is flowed in each solution for 24hours. It is found that the voltages so far as 4.6, 3.4 and 5.1V at $Cd(NO_3)_2{\cdot}4H_2O$, $Co(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$ and $PbSO_4$ solutions increase with increasing the flowing current time and after the voltage does not change which values are 4.2, 2.7 and 2.4V, respectively. The amount of metal ions in solutions decrease with increasing the flowing current time until the flowing current time is 18hours and the metals are formed at the surface of anodic alumina. After the metal ions are removed using the anodic alumina, and $Cd^{2+}$, $Co^{2+}$ and $Pb^{2+}$ ions are removed again using flow cell with retriculate vitreous carbon(RVC) working electrode. The concentration of $Cd^{2+}$, and $Co^{2+}$ions decrease until the flowing time of the solutions is 20minutes and the concentration of $Pb^{2+}$ ion decreases until that time is 30minutes. In this case, the removal effects of $Cd^{2+}$, $Co^{2+}$ and $Pb^{2+}$ ions are 34.78, 28.79 and 86.38%, respectively. And it is possible that both $Cd^{2+}$ and $Co^{2+}$ions are adsorbed in pore of RVC at the same time and the removal effects of $Cd^{2+}$ and $Co^{2+}$ions are 32.30 and 31.37%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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