Na-β"-Al2O3 has been widely employed as a solid electrolyte for high-temperature sodium (Na) beta-alumina batteries (NBBs) thanks to its superb thermal stability and high ionic conductivity. Recently, a vapor phase conversion (VPC) method has been newly introduced to fabricate thin Na-β"-Al2O3 electrolytes by converting α-Al2O3 into β"-Al2O3 in α-Al2O3/yttria-stabilized zirconia (YSZ) composites under Na+ and O2- dual percolation environments. One of the main challenges that need to be figured out is lowered conductivity due to the large volume fraction of the non-Na+-conducting YSZ. In this study, the effect of lithia addition in the β"-Al2O3 phase on the grain size and ionic conductivity of Na-β"-Al2O3/YSZ solid electrolytes have been investigated in order to enhance the conductivity of the electrolyte. The amount of pre-added lithia (Li2O) precursor as a phase stabilizer was varied at 0, 1, 2, 3, and 4 mol% against that of Al2O3. It turns out that ionic conductivity increases even with 1 mol% lithia addition and reaches 67 mS cm-1 at 350 ℃ of its maximum with 3 mol%, which is two times higher than that of the undoped composite.
Kim, Y.H.;Cheruvally, G.;Choi, J.W.;Ahn, J.H.;Kim, K.W.;Ahn, H.J.;Song, C.E.;Choi, D.S.
Proceedings of the Polymer Society of Korea Conference
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2006.10a
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pp.276-276
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2006
The incorporation of room temperature ionic liquids (IL) in poly (ethyleneoxide)-lithium salt (PEO-LiX) based solid polymer electrolytes is presently being studied as an effective means of enhancing the room temperature ionic conductivity of these electrolytes to acceptable levels for use in lithium batteries. In the present study, $PEO_{20}-LiTFSI$ solid polymer electrolyte was blended with three different ionic liquids, namely 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (BMIMTFSI), 1-butyl-3-methylimidazolium tetraflouroborate (BMIMBF4) and 1-butyl-3-methylimidazolium trifluromethanesulfonate ($BMIMCF_{3}SO_{3}$). The incorporation of all these ILs resulted in the enhancement of ionic conductivity, the effect being more pronounced at lower temperatures. Electrochemical properties of the blended electrolytes were studied by cyclic voltammetry, linear sweep voltammetry and interfacial resistance measurements. The optimum results were obtained with the blending of BMIMTFSI in the solid polymer electrolyte.
Widespread commercialization of solid oxide fuel cells (SOFCs) is expected to be realized in various application fields with the advent of cost-effective fabrication of cells and stacks in high volumes. Cost-reduction efforts have focused on production yield, power density, operation temperature, and continuous manufacturing. In this article, we examine several issues associated with processing for SOFCs from the standpoint of the bimodal packing model, considering the external constraints imposed by rigid substrates. Optimum compositions of composite cathode materials with high volume fractions of the second phase (particles dispersed in matrix) have been analyzed using the bimodal packing model. Constrained sintering of thin electrolyte layers is also discussed in terms of bimodal packing, with emphasis on the clustering of dispersed particles during anisotropic shrinkage. Finally, the structural transition of dispersed particle clusters during constrained sintering has been correlated with the structural stability of thin-film electrolyte layers deposited on porous solid substrates.
Kim, G.Y.;Park, Y.P.;Lee, S.I.;Lee, W.J.;Hong, J.W.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2002.11a
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pp.562-564
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2002
In recent years, environments of our globe has been getting worse as a result of rapid growth of socioeconomic activities. The global environmental issues of acid rain, green house effect and ozone depletion are caused by various chemical pollutants, emitted from industries, automobiles and home. Most of these pollutants are produced by combustion processes. CO2 as a chief criminal of the greenhouse effect is a main combustion product of fossil fuels. Development of solid-state electrochemical devices for detecting CO2 is demonstrated based on various combination of solid electrolytes and auxiliary sensing materials. The object of this research is to develop various sensor performance for solid electrolyte gas sensor, and to test gas sensor performance manufactured. So we try to present a guidance for developing potential type gas sensor. We concentrated on development of manufacturing process and performance test.
Lithium is a highly attractive material for high-energy-concentration batteries, since it has low weight and high potential. Rechargeable lithium-ion batteries (LIBs), which have the extremely high gravimetric and volumetric energy densities, are currently the most preferable power sources for future electric vehicles and various portable electronic devices. In order to improve the efficiency and lifetime, new electrode compounds for lithium intercalation or insertion have been investigated for rechargeable batteries. Solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) is a very useful tool to investigate the structural changes in electrode materials in actual working lithium-ion batteries. To detect the in-situ microstructural changes of electrode and electrolyte materials, $^7Li-^{19}F$ double-resonance solid-state NMR probe with a static solenoidal coil for a 600-MHz narrow-bore magnet was designed, constructed, and tested successfully.
To improve the conventional cathode-supported tubular solid oxide fuel cell (SOFC) from the viewpoint of low cell power density, expensive fabrication process and high operation temperature, the anode-supported tubular solid oxide fuel cell was investigated. The anode tube of Ni-8mol% $Y_2$O$_3$-stabilized $ZrO_2$ (8YSZ) was manufactured by extrusion process, and, the electrolyte of 8YSZ and the multi-layered cathode of $LaSrMnO_3$(LSM)ILSM-YSZ composite/$LaSrCoFeO_3$ were coated on the surface of the anode tube by slurry dip coating process, subsequently. Their cell performances were examined under gases of humidified hydrogen with 3% water and air. In the thermal cycle condition of heating and cooling rates with $3.33^{\circ}C$/min, the anode-supported tubular cell showed an excellent resistance as compared with the electrolyte-supported planar cell. The optimum hydrogen flow rate was evaluated and the air preheating increased the cell performance due to the increased gas temperature inside the cell. In long-term stability test, the single cell indicated a stable performance of 300 mA/$\textrm{cm}^2$ at 0.85 V for 255 hr.
All-solid-state batteries have received increasing attention because of their high safety aspect and high energy and power densities. However, the inferior solid-solid interfaces between solid electrolyte and active materials in electrode, which cause high interfacial resistance, reduce ion and electron transfer rate and limit battery performance. Recently, spark plasma sintering is emerging as a promising technique for fabricating solid electrolytes and composite-electrodes. Herein, this paper focuses on the overview of spark plasma sintering to fabricate solid electrolytes and composite-electrodes for all-solid-state batteries. In the end, future opportunities and challenges associated with SPS technique for all-solid-state batteries are described.
Recently, the use of stable lithium nanostructures as substrates and electrodes for secondary batteries can be a fundamental alternative to the development of next-generation system semiconductor devices. However, lithium structures pose safety concerns by severely limiting battery life due to the growth of Li dendrites during rapid charge/discharge cycles. Also, enabling long cyclability of high-voltage oxide cathodes is a persistent challenge for all-solid-state batteries, largely because of their poor interfacial stabilities against oxide solid electrolytes. For the development of next-generation system semiconductor devices, solid electrolyte nanostructures, which are used in high-density micro-energy storage devices and avoid the instability of liquid electrolytes, can be promising alternatives for next-generation batteries. Nevertheless, poor lithium ion conductivity and structural defects at room temperature have been pointed out as limitations. In this study, a low-dimensional Graphene Oxide (GO) structure was applied to demonstrate stable operation characteristics based on Li+ ion conductivity and excellent electrochemical performance. The low-dimensional structure of GO-based solid electrolytes can provide an important strategy for stable scalable solid-state power system semiconductor applications at room temperature. The device using uncoated bare NCA delivers a low capacity of 89 mA h g-1, while the cell using GO-coated NCA delivers a high capacity of 158 mA h g−1 and a low polarization. A full Li GO-based device was fabricated to demonstrate the practicality of the modified Li structure using the Li-GO heterointerface. This study promises that the lowdimensional structure of Li-GO can be an effective approach for the stabilization of solid-state power system semiconductor architectures.
$Li_2SiO_3$ was used as a coating material to improve the electrochemical performance of $Li[Ni_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}]O_2$. $Li_2SiO_3$ is not only a stable oxide but also an ionic conductor and can, therefore, facilitate the movement of lithium ions at the cathode/electrolyte interface. The surface of the $Li_2SiO_3$-coated $Li[Ni_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}]O_2$ was covered with island-type $Li_2SiO_3$ particles, and the coating process did not affect the structural integrity of the $Li[Ni_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}]O_2$ powder. The $Li_2SiO_3$ coating improved the discharge capacity and rate capability; moreover, the $Li_2SiO_3$-coated electrodes showed reduced impedance values. The surface of the lithium-ion battery cathode is typically attacked by the HF-containing electrolyte, which forms an undesired surface layer that hinders the movement of lithium ions and electrons. However, the $Li_2SiO_3$ coating layer can prevent the undesired side reactions between the cathode surface and the electrolyte, thus enhancing the rate capability and discharge capacity. The thermal stability of $Li[Ni_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}]O_2$ was also improved by the $Li_2SiO_3$ coating.
An, Yong-Tae;Ji, Mi-Jung;Park, Sun-Min;Shin, Sang-Ho;Hwang, Hae-Jin;Choi, Byung-Hyun
Korean Journal of Materials Research
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v.23
no.3
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pp.206-210
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2013
In the segmented-in-series solid-oxide fuel cells (SIS-SOFCs), fabrication techniques which use decalcomania paper have many advantages, i.e., an increased active area of the electrode; better interfacial adhesion property between the anode, electrolyte and cathode; and improved layer thickness uniformity. In this work, a cell-stack was fabricated on porous ceramic flattened tube supports using decalcomania paper, which consists of an anode, electrolyte, and a cathode. The anode layer was $40{\mu}m$ thick, and was porous. The electrolyte layers exhibited a uniform thickness of about $20{\mu}m$ with a dense structure. Interfacial adhesion was improved due to the dense structure. The cathode layers was $30{\mu}m$ thick with porous structure, good adhesion to the electrolyte. The ohmic resistance levels at 800, 750 and $700^{\circ}C$ were measured, showing values of 1.49, 1.58 and $1.65{\Omega}{\cdot}cm^2$, respectively. The polarization resistances at 800, 750 and $700^{\circ}C$ were measured to be 1.63, 2.61 and $4.17cm^2$, respectively. These lower resistance values originated from the excellent interfacial adhesion between the anode, electrolyte and cathode. In a two-cell-stack SOFC, open-circuit voltages(OCVs) of 1.915, 1.942 and 1.957 V and maximum power densities(MPD) of 289.9, 276.1 and $220.4mW/cm^2$ were measured at 800, 750 and $700^{\circ}C$, respectively. The proposed fabrication technique using decalcomania paper was shown to be feasible for the easy fabrication of segmented-in-series flattened tube SOFCs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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