As the demand for high-capacity batteries increases, there has been growing researches on the lithium metal anode with a capacity (3,860 mAh/g) of higher than that of conventional one and a low electrochemical potential (-3.040 V). In this study, using the anatase phased TiO2 nanoparticles synthesized by hydrothermal synthesis, a PVdF-HFP/TiO2 organic/inorganic composite material was designed and used as an interfacial protective layer for a Li metal anode. As-formed organic/inorganic-lithium composite thin film was confirmed through the crystalline structure and morphological analyses. In addition, the electrochemical test (cycle stability and voltage profile) confirmed that the protective layer of PVdF-HFP/TiO2 composite (10 wt% TiO2 and 1.1 ㎛ film thickness) contributed to the enhanced electrochemical performance of the lithium metal anode (Colombic efficiency retention: 90% for 77 cycles). Based on comparative test with the untreated lithium electrode, it was confirmed that our protective layer plays an important role to stabilize/improve the EC performance of the lithium metal negative electrode.
Recently, all-solid-state batteries have attracted much attention to improve safety of rechargeable lithium batteries, but the solid-state batteries of conductive ceramics or solid polymer electrolytes show poor electrochemical properties because of several problems such as high interfacial resistance and undesired reactions. To solve the problems of the reported all-solid-state batteries, a hybrid solid electrolyte is suggested, in this study, NASICON-type nanoparticle Li1.5Al0.5Ti1.5P3O12 (LATP) conductive ceramic, PVdF-HFP, and a carbonate-based liquid electrolyte were composited to prepare a quasi-solid electrolyte. The hybrid solid electrolyte has a high voltage stability of 5.6 V and shows an suppress effect of lithium dendrite growth in the stripping-plating test. The LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 (NCM811)-based battery with the hybrid solid electrolyte exhibits a high discharge capacity of 241.5 mAh/g at a high charge-cut-off voltage of 4.8V and stable electrochemical reaction. The NCM811-based battery also shows 139.4 mAh/g discharge capacity without short circuit or explosion at 90℃. Therefore, the LATP-based hybrid solid electrolyte can be an effective solution to improve the safety and electrochemical properties of rechargeable lithium batteries.
Kim, Junmo;Kim, Boyeon;Jung, Cheong-Ha;Kim, Gu-sung;Kim, Taek-Soo
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.29
no.3
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pp.25-29
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2022
Recently, the importance of electronic packaging technology has been attracting attention, and heterogeneous integration technology in which chips are stacked out-of-plane direction is being applied to the electronic packaging field. The 2.5D integration circuit is a technology for stacking chips using an interposer including TSV, and is widely used already. Therefore, it is necessary to make the interposer mechanically reliable in the packaging process that undergoes various thermal processes and mechanical loadings. Considering the structural characteristics of the interposer on which several thin films are deposited, thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficients of materials can have a great effect on reliability. In this study, the mechanical reliability of the metal pad for wire bonding on the silicon interposer against thermal stress was evaluated. After heating the interposer to the solder reflow temperature, the delamination of the metal pad that occurred during cooling was observed and the mechanism was investigated. In addition, it was confirmed that the high cooling rate and the defect caused by handling promote delamination of the metal pads.
High-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (HT-PEMFC) has been studied as an alternative to low-temperature PEMFC due to its fast activation of electrodes and high resistance to electrode poisoning by carbon monoxide. It is highly required to develop stable PEMs operating at high temperatures even doped by ion-conducting materials for the development of high-performance and durable HT-PEMFC systems. A number of studies have been conducted to develop polybenzimidazole (PBI)-based PEMs for applications in HT-PEMFC due to their high interaction with doped ion-conducting materials and outstanding thermomechanical stability under high-temperature operation. This review focused on the development of PBI-based PEMs showing high performance and durability. Firstly, the characteristic behavior of PBI-based PEMs doped with various ion-conducting materials including phosphoric acid was systematically investigated. And then, a comparison of the physicochemical properties of the PEMs according to the different membrane manufacturing processes was conducted. Secondly, the incorporation of porous polytetrafluoroethylene substrate and/or inorganic composites to PBI matrix to improve the membrane performances was studied. Finally, the construction of cross-linked structures into PBI-based PEM systems by polymer blending method was introduced to improve the PEM properties.
Wastewater purification is one of the most important techniques for controlling environmental pollution and fulfilling the demand for freshwater supply. Various technologies, such as different types of distillations and reverse osmosis processes, need higher energy input. Capacitive deionization (CDI) is an alternative method in which power consumption is deficient and works on the supercapacitor principle. Research is going on to improve the electrode materials to improve the efficiency of the process. A reverse electrodialysis (RED) is the most commonly used desalination technology and osmotic power generator. Among many studies conducted to enhance the efficiency of RED, MXene, as an ion exchange membrane (IEM) and 2D nanofluidic channels in IEM, is rising as a promising way to improve the physical and electrochemical properties of RED. It is used alone and other polymeric materials are mixed with MXene to enhance the performance of the membrane further. The maximum desalination performances of MXene with preconditioning, Ti3C2Tx, Nafion, and hetero-structures were respectively measured, proving the potential of MXene for a promising material in the desalination industry. In terms of osmotic power generating via RED, adopting MXene as asymmetric nanofluidic ion channels in IEM significantly improved the maximum osmotic output power density, most of them surpassing the commercialization benchmark, 5 Wm-2. By connecting the number of unit cells, the output voltage reaches the point where it can directly power the electronic devices without any intermediate aid. The studies around MXene have significantly increased in recent years, yet there is more to be revealed about the application of MXene in the membrane and osmotic power-generating industry. This review discusses the electrodialysis process based on MXene composite membrane.
Nam Jun Ahn;Jang Beom An;Hyung Soo Ahn;Kyoung Hwa Kim;Min Yang
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.33
no.4
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pp.125-131
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2023
Ga2O3 thin films were deposited on Ti substrates using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) at temperatures ranging from 350 to 500℃. Lower deposition temperatures were chosen to minimize thermal deformation of the Ti substrate and its impact on the Ga2O3 film. Film surfaces tended to become rough at temperatures below 500℃ due to three-dimensional growth, but the film formed at 500℃ had the most uniform surface. All deposited films were amorphous in structure. Vertical Schottky diodes were fabricated and I-V and C-V measurements were performed. I-V measurements showed higher operating voltages compared to a typical SBD for films grown at different temperatures. The sample grown at 500℃, which had the most uniform surface, exhibited the lowest operating voltage. Higher growth temperatures resulted in higher capacitance values according to C-V measurements.
Dong-eun Kim;Geonwoo Kim;Kyung-Mun Kang;Akendra Singh Chabungbam;Hyung-Ho Park
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.30
no.3
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pp.94-101
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2023
Zinc oxide(ZnO) is a semiconductor material with a bandgap of 3.37 eV and an exciton binding energy of 60 meV for various applications. Recently ZnO has been proven to enhance its electrical properties for utilization as an alternative for transparent conducting oxide (TCO) materials. In this study, cation(Al, Ga)-anion(F) single and double doped ZnO thin films were grown by atomic layer deposition (ALD) to enhance the electrical properties. The structural and optical properties of doped ZnO thin films were analyzed, and doping effects were confirmed to electrical characteristics. In single doped ZnO, it was observed that the carrier concentration was increased after doping, acting as a donor to ZnO. Among the single doping elements, F doped ZnO(FZO) showed the highest mobility and conductivity due to the passivation effect of oxygen vacancies. In the case of double doping, higher electrical characteristics were observed compared to single doping. Among the samples, Al-F doped ZnO(AFZO) exhibited the lowest resistance value. This results can be attributed to an increase in delocalized electron states and a decrease in lattice distortion resulting from the differences in ionic radius. The partial density of states(PDOS) was also analyzed and observed to be consistent with the experimental results.
Da Hye Sim;Young Park;Young-Woo Choi;Jung Tae Park;Jae Hun Lee
Membrane Journal
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v.34
no.2
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pp.154-162
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2024
Anion exchange membranes (AEMs) are essential components in water electrolysis systems, serving to physically separate the generated hydrogen and oxygen gases while enabling the selective transport of hydroxide ions between electrodes. Key characteristics sought in AEMs include high ion conductivity and robust chemical and mechanical stability in alkaline. In this study, quaternized Poly(terphenyl piperidinium)/cellulose nanocrystals (qPTP/CNC) mixed matrix membrane was fabricated. The polymer matrix, PTP, was synthesized via super-acid polymerization, known for its excellent ion conductivity and alkaline durability. The qPTP/CNC membrane showed a dense and uniform morphology without significant voids or large aggregates at the polymer-nanoparticle interface. The qPTP/CNC membrane containing 2 wt% CNC demonstrated a high ion exchange capacity of 1.90 mmol/g, coupled with low water uptake (9.09%) and swelling ratio (5.56%). Additionally, the qPTP/CNC membrane showed significantly lower resistance and superior alkaline stability (384 hours at 50℃ in 1 M KOH) compared to the commercial FAA-3-50 membrane. These results highlight the potential of hydrophilic additive CNC in enhancing ion conductivity and alkaline durability of ion exchange membranes.
Lithium metal has garnered attention as a promising anode active material thanks to its high specific capacity, energy density, and the lowest reduction potential. However, the formation of dendrites, dendritic crystals that arise during the charge and discharge process, has posed safety and lifetime stability challenges. To resolve this, our study has introduced a novel separator design. This separator features a composite coating of vapor-grown carbon fiber, a conductive material in nanofibers, and silver. We have meticulously studied the impact of this innovative separator on the electrochemical properties of the lithium metal anode, unveiling promising results. To confirm the synergistic effect of VGCF and Ag, a separator with no surface treatment and a separator with only VGCF coated on one side were prepared and compared with the Ag-VGCF-separator. In the case of the bare separator, the Li metal surface is covered with dendrites during the initial charge and discharge process. In contrast, both the VGCF-separator and the Ag-VGCF-separator show Li precipitation inside the conductive coating layer coated on the separator surface. Additionally, the Ag-VGCF-separator showed a more uniform precipitate shape than the VGCF-separator. As a result, the Ag-VGCF-separators show improved electrochemical properties compared to the bare separators and the VGCF-separators.
Oxygen reduction in an alkaline fuel cell was studied by using perovskite of $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{1-x}Fe_xO_3$(x=0.00, 0.01, 0.10, 0.20, 0.35, and 0.50) as an oxygen electrode catalyst. The changes in the catalytic properties as a function of Fe content were investigated by XRD, TG, and TPR. XRD patterns gave different lattice parameters of the catalysts. TG study revealed that Fe was so stabilized in the perovskite structure as to be hardly reduced even up to $900^{\circ}C$, and the amount of oxygen which was eliminated at high temperature increased with the fraction of Fe because Fe induced the increase of Co-O binding energy. From TPR study, ${\alpha}$-(low temperature peak) and ${\beta}$-(high temperature peak)states were observed. The bond strength of the ${\beta}$-species which was associated strongly with Co of the perovskite increased proportionally with the fraction of Fe. The ${\alpha}$-species, reversible oxygen, was the active species in the oxygen reduction. The ${\alpha}$-peak temperature which reflected the binding energy between Co and ${\alpha}$-state oxygen moved to lower temperature with the increase of lattice parameter of the catalytst due to the increase of Fe content. The decrease in the binding energy increased the activity in the oxygen reduction, but the decrease of ${\alpha}$-species with the increase of Fe content decreased the activity. The increase in the surface area with Fe content had little effect on the activity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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