Kim, Jong-Yoon;Jung, Doo-Yong;Jang, Su-Jin;Lee, Byoung-Kuk;Won, Chung-Yuen
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.13
no.4
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pp.247-256
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2008
Regenerative energy generated by regenerative braking of DC traction can cause the system malfunction or damage to the rectifier, or malfunction of the power conversion device in power supply system by DC Line voltage rise in feeder line. Regenerative energy storage system using super capacitor is one of the ways to stabilize DC line voltage. In this paper, energy storage system of DC traction system using super-capacitor bank is implemented and using the field measurement data of the station N and the station S on the Line 2, the operation characteristics of line voltage caused by regenerative energy of electric trains are verified. Also, charge/discharge characteristics of super capacitor are verified as well. Thus, we can verify the operation characteristics of super-capacitor bank for regenerative energy storage system installed in DC Traction. And if we can use field measurement data of DC line voltage, we have obtained cost reduction. The stabilization of the system will be improved by measuring the operation characteristics of regenerative energy storage system in certain section operated by DC traction and predicting the capacity and lifetime of super-capacitor.
Park, Byung-jun;Yoo, SeonMi;Yang, SeongEun;Han, SangChul;No, TaeMoo;Lee, Young Hee;Han, YoungHee
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.5
no.3
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pp.209-213
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2019
Recently, demand for high energy density and long cycling stability of energy storage system has increased for application using with frequency regulation (F/R) in power grid. Supercapacitor have long lifetime and high charge and discharge rate, it is very adaptable to apply a frequency regulation in power grid. Supercapacitor can complement batteries to reduce the size and installation of batteries. Because their utilization in a system can potentially eliminate the need for short-term frequent replacement as required by batteries, hence, saving the resources invested in the upkeep of the whole system or extension of lifecycle of batteries in the long run of power grid. However, low energy density in supercapacitor is critical weakness to utilization for huge energy storage system of power grid. So, it is still far from being able to replace batteries and struggle in meeting the demand for a high energy density. But, today, LIC (Lithium Ion Capacitor) considered as an attractive structure to improve energy density much more than EDLC (Electric double layer capacitor) because LIC has high voltage range up to 3.8 V. But, many aspects of the electrochemical performance of LIC still need to be examined closely in order to apply for commercial use. In this study, in order to improve the capacitance of LIC related with energy density, we designed new method of pre-doping in anode electrode. The electrode in cathode were fabricated in dry room which has a relative humidity under 0.1% and constant electrode thickness over $100{\mu}m$ was manufactured for stable mechanical strength and anode doping. To minimize of contact resistance, fabricated electrode was conducted hot compression process from room temperature to $65^{\circ}C$. We designed various pre-doping method for LIC structure and analyzing the doping mechanism issues. Finally, we suggest new pre-doping method to improve the capacitance and electrochemical stability for LIC.
In order to enhance ultra battery performances, the electrochemical characteristics of nano Pb/AC anode composite was investigated. Through nano Pb adsorption onto activated carbon, nano Pb/AC was synthesized and it was washed under vacuum process. The prepared anode materials was analysed by SEM, BET and EDS. The specific surface area and average pore size of nano Pb/AC composite were $1740m^2/g$ and 1.95 nm, respectively. The negative electrode of ultra battery was prepared by nano Pb/AC dip coating on lead plate. The electrochemical performances of ultra battery were studied using $PbO_2$ (the positive electrode) and prepared nano Pb/AC composite (the negative electrode) pair. Also the electrochemical behaviors of ultra battery were investigated by charge/discharge, cyclic voltammetry, impedance and rate capability tests in 5 M $H_2SO_4$ electrolyte. The initial capacity and cycling performance of the present nano Pb/AC ultra battery were improved with respect to the lead battery and the AC-coated lead battery. These experimental results indicate that the proper addition of nano Pb/AC into the negative electrode can improve the discharge capacity and the long term cycle stability and remarkably suppress the hydrogen evolution reaction on the negative electrode.
Si/C/CNF composites as anode materials for lithium-ion batteries were examined to improve the capacity and cycle performance. Si/C/CNF composites were prepared by the fabrication process including the synthesis and magnesiothermic reduction of SBA-15 to obtain Si/MgO by ball milling and the carbonization of phenol resin with CNF and HCl etching. Prepared Si/C/CNF composites were then analysed by BET, XRD, FE-SEM and TGA. Among SBA-15 samples synthesized at reaction temperatures between 50 and $70^{\circ}C$, the SBA-15 at $60^{\circ}C$ showed the largest specific surface area. Also the electrochemical performances of Si/C/CNF composites as an anode electrode were investigated by constant current charge/discharge test, cyclic voltammetry and impedance tests in the electrolyte of LiPF6 dissolved in mixed organic solvents (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%). The coin cell using Si/C/CNF composites (Si : CNF = 97 : 3 in weight) showed better capacity (1,947 mAh/g) than that of other composition coin cells. The capacity retention ratio decreased from 84% (Si : CNF = 97 : 3 in weight) to 77% (Si : CNF = 89 : 11 in weight). It was found that the Si/C/CNF composite electrode shows an improved cycling performance and electric conductivity.
Lithium titanium oxide $(Li_4Ti_5O_{12})$ with spinel-framework structures as anode material for lithium-ion battery was prepared by sol-gel and high energy ball milling (HEBH) method. According to the X-ray diffraction (XRD), Particle Size Analyses(PSA) and scanning electron microscopy (SEM) analysis, uniformly distributed $Li_4Ti_5O_{12}$ particles with grain sizes of 100 nm were observed. Half cells, consisting of $Li_4Ti_5O_{12}$ as working electrode and lithium foil as both counter and reference electrodes showed the high performance of high rate discharge capacity and 173 mAh/g at 0.2C in the range of $1.0\sim2.5 V$. Furthermore, the crystalline structure of $Li_4Ti_5O_{12}$ didn't transform during the lithium intercalation and deintercalation process.
Graphite materials for lithium ion battery anode materials are the most commercially available due to their structural stability and low price. Recently, research efforts have been conducted on carbon coatings by improving side reactions at the edge site of carbon materials. The carbon coating process has classified into a CVD by chemical reaction, wet coating process with solvent and dry coating by mechanical impact. In this paper, the rapid crush/coating process was used to solve the problem of which only few parts of the carbon precursor (pitch) can be used and also environmental problems caused by solvent removal in the wet coating process. When the ratio of needle coke to pitch was 8 : 2 wt%, and the rapid crush/coating process was carried out, it was confirmed that the fracture surface was coated by pitch. The pitch-coated sample was treated at 2400 ℃ and 41.8% improvement in 10C/0.1C rate characteristic was observed. It is considered that the material simply manufactured through the simple crush/coating process can be used as an anode electrode material for a lithium ion battery.
An experimental study on effect of vapor-cooled heat stations in a 5.5 liter cryogenic vessel has been performed. The cryogenic vessel is made of stainless steel of thickness of 1mm and insulated by the combined insulation of vacuum, MLI(multi-layer insulation) and vapor-cooled radiation shield. Vapor-cooled heat stations are also constructed based on the 1-dimensional thermal analysis to reduce the heat inleak through a filling tube. Thermal analysis indicates that the vapor-cooled heat stations can substantially enhance the performance of vessel for cryogenic fluids with high $C_p/h_{fg}$ where $C_p$ the specific heat and $h_{fg}$ the heat of vaporization, such as $LH_2$ and LHe. The experimental results for $LN_2$ shows that the total heat inleak into inner vessel consists of 14% radiation and 86% conduction through the filling tube. Therefore, it is expected that the conduction heat in leak of the vessel for high $C_p/h_{fg}$ cryogenic fluids can be significantly reduced. powders. The amount of copper coating was 20wt%. In order to examine corrosion behavior of the electrodes, the corrosion current and the current density, in 6M KOH aqueous solution after removal of oxygen in the solution, were measured by potentiodynamic and cyclic voltamo methods. The results showed that Co in the alloy increased corrosion resistance of the electrode whereas Ni decreased the stability of the electrode during the charge-discharge cycles. The electrode used Si sealant as a binder showed a lower corrosion current density than the electrode used PTFE and the electrode used Cu-coated alloy powders showed the best corrosion resistance.
It has been investigated the effects of alloying elements and binders on the corrosion behavior of metal hydride electrodes for anode of Ni/MH secondary battery. The $AB_5$-type alloys, $(LM)Ni_{4.49}Co_{0.1}Mn_{0.205}Al_{0.205}$ and $(LM)Ni_{3.6}Co_{0.7}Mn_{0.3}Al_{0.4}$, were used for the experiments. The electrodes were prepared by mixing and cold-pressing of alloy powders with Si sealent or PTFE powders, or cold-pressing the electroless copper coated alloy powders. The amount of copper coating was 20wt%. In order to examine corrosion behavior of the electrodes, the corrosion current and the current density, in 6M KOH aqueous solution after removal of oxygen in the solution, were measured by potentiodynamic and cyclic voltamo methods. The results showed that Co in the alloy increased corrosion resistance of the electrode whereas Ni decreased the stability of the electrode during the charge-discharge cycles. The electrode used Si sealant as a binder showed a lower corrosion current density than the electrode used PTFE and the electrode used Cu-coated alloy powders showed the best corrosion resistance.
In this study, the $Ni_{0.9}Co_{0.05}Ti_{0.05}(OH)_2$ precursor was prepared by the concentration gradient co-precipitation method. In order to overcome the structural change due to oxygen desorption in the cathode active material with high nickel content, the physical and electrochemical analysis of the cathode active material according to the calcination temperature were investigated. Physical properties of $Li_{1.05}Ni_{0.9}Co_{0.05}Ti_{0.05}O_2$ were analyzed by FE-SEM, XRD and TGA. The electrochemical performance of the coin cell using a cathode active material and $LiPF_6$(EC:EMC=1:2 vol%) electrolyte was evaluated by the initial charge/discharge efficiency, cycle retention, and rate capabilities. As a result, the initial capacity and initial efficiency of cathode materials were excellent with 244.5~247.9 mAh/g and 84.2~85.8% at the calcination temperature range of $750{\sim}760^{\circ}C$. Also, the capacity retention exhibited high stability of 97.8~99.1% after 50cycles.
The cathode material, $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$, for high voltage applications of Li-ion batteries exhibits impurity phases due to oxygen deficiency during the high temperature heat treatment. The impurity phase reduces the electrochemical properties of the electrode since the deficiency spinel structure disturbs the lithium ion intercalation and deintercalation. In this study, Cr-substituted $LiNi_{0.5-x}Mn_{1.5}Cr_xO_4(0{\leq}x{\leq}0.05)$ powders are synthesized by a sol-gel method in order to reduce the amount of the impurity phases in the $LiNi_{0.5-x}Mn_{1.5}Cr_xO_4$. Thermal analysis of the cathode material shows that the $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ without Cr substitution looses $2\%$ of its weight due to oxygen deficiency but the amount of weight loss is diminished when Cr is substituted. XRD analysis also supports the reduction of the impurity phases in the cathode after chromium substitution, suggesting that the improvement of the electrochemical properties such as the capacity retention and electrochemical stability are attributed to the low content of impurity phases in the Cr-substituted $LiNi_{0.5-x}Mn_{1.5}Cr_xO_4.$
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[게시일 2004년 10월 1일]
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