본 연구에서는 녹말(starch)과 poly(acrylonitrile) (PAN)으로 이루어진 가지형 공중합체 기반의 슈퍼 캐퍼시터용 전해질막을 손쉽게 제조하는 방법을 제시하였다. 가지형 공중합체(starch-g-PAN)는 세륨 이온에 의해 개시된 자유 라디칼 중합을 통해 합성되었다. 실온에서 어떠한 유기용매 없이 Starch-g-PAN 고분자를 이온성 액체, 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA)에 용해하였으며 1시간 동안 $100^{\circ}C$의 고온을 가해줌으로써 손쉽게 고분자 막을 만들었다. 제조된 막은 유연하여 플렉서블 고체 슈퍼 캐퍼시터의 전해질에 적용되었다. Starch-g-PAN 기반의 고분자 전해질막을 사용한 슈퍼 캐퍼시터는 0.5 A/g의 전류 밀도에서 약 21 F/g의 정전용량을 가졌으며 10,000 사이클 동안 86%의 유지율을 보이며 높은 주기 안정성을 보였다. 본 연구를 통해 starch-g-PAN 기반의 고분자 전해질막이 우수한 성능을 가진 플렉서블 고체 슈퍼 캐퍼시터에 응용될 수 있음을 확인하였다.
Electron Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD) was applied to fabricate a thin film YSZ electrolyte with large area on the porous NiO-YSZ anode substrate. Microstructural and thermal stability of the as-deposited electrolyte film was investigated via SEM and XRD analysis. In order to obtain an optimized YSZ film with high stability, both temperature and surface roughness of substrate were varied. A structurally homogeneous YSZ film with large area of $12\times12\;cm^2$ and high thermal stability up to $900^{\circ}C$ was fabricated at the substrate temperature of $T_s/T_m$ higher than 0.4. The smoother surface was proved to give the better film quality. Precise control of heating and cooling rate of the anode substrate was necessary to obtain a very dense YSZ electrolyte with high thermal stability, which affords to survive after post heat treatment for fabrication a cathode layer on it as well as after long time operation of solid oxide fuel cell at high temperature.
For the first time, an innovative approach using P(VDF-TrFE) as a polymer electrolyte for high efficiency, all-solid-state supercapacitors is presented. The polymer electrolyte was successfully achieved by dissolving P(VDF-TrFE) copolymers in dimethylformamide (DMF). Thermal analysis and infrared spectroscopy revealed excellent thermal stability up to $400^{\circ}C$ and copolymer's interaction with DMF. Electrochemical capacitors fabricated using P(VDF-TrFE) in DMF and ZnO NWs demonstrated high capacitive performance. Furthermore, the gel electrolyte-based supercapacitors demonstrated excellent mechanical durability up to a bend angle of $120^{\circ}$. Novel P(VDF-TrFE) electrolytes could be a promising approach for applications in flexible, fabric-based, and high-efficiency energy devices.
So Yeon Shin;Dae-Kwang Lim;Taehee Lee;Sang-Yun Jeon
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제14권2호
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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.
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.
$Gd_2O_3$-doped $CeO_2$ (GDC) and $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3$ (LSCF) composite cathode materials were prepared in order to be applied to intermediate-temperature solid oxide fuel cells. The electrochemical polarization was evaluated using ac impedance spectroscopy involving geometric restriction at the interface between an ionic electrolyte and a mixed-conducting cathode. In order to optimize the cathode composites applicable to a GDC electrolyte, the cathode composites were evaluated in terms of polarization losses with regard to a given electrolyte, i.e., GDC electrolyte. The polarization increased significantly with decreasing temperature and was critically dependent on the compositions of the composite cathodes. The optimized cathode composite was found to consist of GDC 50 wt% and LSCF 50 wt%; the corresponding normalized polarization loss was calculated to be 0.64 at $650^{\circ}C$.
A polymeric ionic liquid, poly(1-methyl 3-(2-acryloyloxypropyl) imidazolium iodide) (PMAPII), was synthesized as a single-iodide-ion-conducting polymer and employed in a gel polymer electrolyte. Gel polymer electrolytes prepared from iodine, 4-tert-butylpyridine, ${\gamma}$-butyrolactone, and PMAPII were applied in quasi-solid-state dye-sensitized solar cells (DSSCs). The addition of 16 wt.% PMAPII provided the most favorable environment, striking a compromise between the iodide ion concentration and the ionic mobility, which resulted in the highest conversion efficiency of the resulting DSSCs. The quasi-solid-state DSSC assembled with the optimized gel polymer electrolyte exhibited a relatively high conversion efficiency of 7.67% under AM 1.5 illumination at $100mA\;cm^{-2}$ and better stability than that of the DSSC with a liquid electrolyte.
$CO_2$ sensor was used only one solid electrolyte in many cases. To improve the sensing characteristics of $CO_2$ sensors, solid electrolyte $CO_2$ sensor has been developed by bi-electrolyte type sensor using Na-Beta-alumina and YSZ. However, in many further studies, bi-electrolyte type sensor was made by pellet pressed by press machine and additional treatment for formation of interface. In the aspect of mass production, using thick film and additional treatment is not suitable. In this study, $CO_2$ sensor was fabricated by bi-electrolyte structure which was made by an NBA paste layer deposited on YSZ pellet and fired at $1650^{\circ}C$ for 2 hour. The formation of stable interface between YSZ and NBA were confirmed by SEM image. When the type IV electrochemical cell arrangement represented by $CO_2,O_2,Pt{\mid}Li_2CO_3-CaCO_3{\parallel}NBA{\parallel}YSZ{\mid}O_2,Pt$ is used to measure the $CO_2$ concentration in air. This sensor EMF should depend only on the concentration of $CO_2$ by logarithmic. Also, sensor shows $P_{CO_2}$ and EMF relationship like nerstian reaction at a temperature of $450^{\circ}C$.
Song, Hee-Youb;Kim, Seong In;Nogales, Paul Maldonado;Jeong, Soon-Ki
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제10권1호
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pp.55-60
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2019
Herein, the effect of counter anions on the formation of a solid electrolyte interphase (SEI) in a propylene carbonate (PC)-based electrolyte solution was investigated. Although the reversible capacities were different, reversible intercalation and de-intercalation of lithium ions occurred in the graphite negative electrode in the PC-based electrolyte solutions containing 1 M $LiClO_4$, $LiPF_6$, $LiBF_4$, and $LiCF_3SO_3$ at low temperature ($-15^{\circ}C$). This indicated that the surface films acted as an effective SEI to suppress further co-intercalation and decomposition reactions at low temperature. However, the SEIs formed at the low temperature were unstable in 1 M $LiPF_6$ and $LiBF_4/PC$ at room temperature ($25^{\circ}C$). On the other hand, increasing reversible capacity was confirmed in the case of $LiCF_3SO_3/PC$ at room temperature, because the SEI formed at the low temperature was still maintained. These results suggest that counter anions are an important factor to consider for the formation of effective SEIs in PC-based electrolyte solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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