Energy storage systems should address issues such as power fluctuations and rapid charge-discharge; to meet this requirement, CoFe2O4 (CFO) spinel nanoparticles with a suitable electrical conductivity and various redox states are synthesized and used as electrode materials for supercapacitors. In particular, CFO electrodes combined with carbon nanofibers (CNFs) can provide long-term cycling stability by fabricating binder-free three-dimensional electrodes. In this study, CFO-decorated CNFs are prepared by electrospinning and a low-cost hydrothermal method. The effects of heat treatment, such as the activation of CNFs (ACNFs) and calcination of CFO-decorated CNFs (C-CFO/ACNFs), are investigated. The C-CFO/ACNF electrode exhibits a high specific capacitance of 142.9 F/g at a scan rate of 5 mV/s and superior rate capability of 77.6% capacitance retention at a high scan rate of 500 mV/s. This electrode also achieves the lowest charge transfer resistance of 0.0063 Ω and excellent cycling stability (93.5% retention after 5,000 cycles) because of the improved ion conductivity by pathway formation and structural stability. The results of our work are expected to open a new route for manufacturing hybrid capacitor electrodes containing the C-CFO/ACNF electrode that can be easily prepared with a low-cost and simple process with enhanced electrochemical performance.
The vanadium rich ash of petroleum coke can give a slagging problem during because of the high melting point of $V_2O_3$. For continuous removal of the slag, petroleum coke is often mixed with coal, and the viscosity of the mixed slag is an important property, determining the gasification temperature. The viscosities of the mixed slag from various mixing ratios of petroleum coke and a bituminous coal were investigated. When mixed with a crystalline coal slag, $T_{cv}$ was increased at a higher the coke content in the mixed feed. When the $V_2O_3$ concentration was greater than 4.5%, it was difficult to get accurate measurements of $T_{cv}$. The SEM/EDX analyses of the cooled slag revealed that the major crystalline phase was anorthite, and $T_{cv}$ should be related to the formation temperature of anorthite. The SEM/EDX analyses also showed that, at low concentrations of vanadium, part vanadium formed a crystalline phase with Al-Si-Ca-Fe, and the rest remained in the glassy phase, suggesting that vanadium existed as a slag component at the low viscosity region. At a high concentration, vanadium forms a phase with Ca, and the Ca-V phase was separated from the slag phase, and formed a layer above the slag. FeO in petroleum coke also played an important role determining viscosity: at high temperatures, increased FeO lowered the viscosity, but as it formed a spinel phase, the depletion of FeO in the slag resulted in a higher viscosity.
For the first time Aluminium-BariumeZinc oxide nanocomposite (ZABONC) was synthesized by solution combustion method where calcination was carried out at low temperatures (600℃) to study the electromagnetic (EM) (X/γ) radiation shielding properties. Further for characterization purpose standard techniques like PXRD, SEM, UV-VISIBLE, FTIR were used to find phase purity, functional groups, surface morphology, and to do structural analysis and energy band gap determination. The PXRD pattern shows (hkl) planes corresponding to spinel cubic phase of ZnAl2O4, cubic Ba(NO3)2, α and γ phase of Al2O3 which clearly confirms the formation of complex nano composite. From SEM histogram mean size of nano particles was calculated and is in the order of 17 nm. Wood and Tauc's relation direct energy band gap calculation gives energy gap of 2.9 eV. In addition, EM (X/γ) shielding properties were measured and compared with the theoretical ones using standard procedures (NaI (Tl) detector and multi channel analyzer MCA). For energy above 356 keV the measured shielding parameters agree well with the theory, while below this value slight deviation is observed, due to the influence of atomic/crystallite size of the ZABONC. Hence synthesized ZABONC can be used as a shielding material in EM (X/γ) radiation shielding.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.21
no.8
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pp.738-748
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2008
In this study, it has been investigated on the changing behavior of electrical properties in $ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3$ (Sb/Bi=2.0, 1.0 and 0.5) ceramics. The samples were prepared by conventional ceramic process, and then characterized by I-V, C-V curve plots, impedance and modulus spectroscopy (IS & MS) measurement. The electrical properties of ZBS systems were strongly dependent on Sb/Bi. In ZBS systems, the varistor characteristics were deteriorated noticeably with increasing Sb/Bi and the donor density and interface state density were increased with increasing Sb/Bi. On the other hand, we observed that the grain boundary reacted actively with the ambient oxygen according to Sb/Bi ratio. Especially the grain boundaries of Sb/Bi=0.5 systems were divided into two types, i.e. sensitive to oxygen and thus electrically active one and electrically inactive intergranular one with temperature. Besides, the increased pyrochlore and $\beta$-spinel phase with Sb/Bi ratio caused the distributional inhomogeneity in the grain boundary barrier height and the temperature instability. To the contrary, the grain boundary layer was relatively homogeneous and more stable to temperature change and kept the system highly nonlinear at high Bi-rich phase contents.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.48
no.5
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pp.296-302
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1999
$CdIn_2S_4 and CdIn_2S_4 : Co^{2+}$ singlecrystals of thenormal spinel structure were grown by the C.T.R. method. The optical energy band structure of these compounds had a indirect band gap at the fundamental optical absorption band edge. The direct and the indirect energy gaps are found to be 2.325 and2.179eV for $Cdln_2S_4$ , and 2.303 and 2.169eV for $CdIn_2S_4 and CdIn_2S_4 : Co^{2+}$ at 5K, respectivly. The fundamental absorption band edge of these single crystals shift to a shorter wavelength region with decreasing temperature, and the temperature dependence of the optical energy gaps in these compounds satisfy Varshni equation. The Varshni constants$\alpha and \beta$ of the direct energy gap are given by $13.39{\times}10_{-4}eV/K$ and 509 K for $Cdln_2S_4$ and $29.73{\times}10_{-4} eV/K$ and 1398K for $CdIn_2S_4 and CdIn_2S_4 : Co^{2+}$. The Varshni constants ${\alpha}and {\beta}$ of the indirect energy gap are given by 9.68${\times}10^{-4}$ eV/K 308K for $Cdln_2S_4$ and $13.33{\times}10_{-4}eV/K$ and 440K for $CdIn_2S_4 : Co^{2+}$ respectivly. The impurity optical absorption peaks due to cobalt dopant are observed in $CdIn_2S_4 : Co^{2+}$ single crystal. These impurity optical absorption peaks can be attributed to the electronic transitions between the split energy levels of $Co_{2+}$ ions located at $T_d$ symmetry site of $Cdln_2S_4$ host lattece.
The microstructure and electrical properties of ZNR that W $O_3$ is added in the range 0.5~4.0mol%, were investigated. The major part of W $O_3$ were segregated at the nodal point and W-rich phase was formed. Three crystalline phases, such as W-rich phase (W $O_3$), Bi-rich phase (B $i_2$W $O_{6}$ ), and spinel phase (Z $n_{2.33}$S $b_{0.67}$$O_4$) were confirmed to be co-existed at the nodal point The average grain size increased in the range 15.5~29.9$\mu\textrm{m}$ with increasing W $O_3$ additive content. Consequently. W $O_3$ acted as a promotion additive of grain growth. As the W $O_3$ additive content increases. the varistor voltage and the nonlinear exponent decreased in the range 186.82~35.87V/mm and 20.90~3.34, respectively, and the leakage current increased in the range of 22.39~83.01 uh. With increasing W $O_3$ additive content, the barrier height and the density of interface states decreased in the range 1.93~0.43eV and (4.38~1.22)$\times$10$^{12}$$\textrm{cm}^2$, respectively. W $O_3$ acted as an acceptor additive due to the donor concentration increasing in the range (1.06~0.38)$\times$10$^{18}$ /㎤with increasing W $O_3$ additive content.t.t.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.25
no.11
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pp.878-885
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2012
In this study we aims to examine the co-doping effects of 1/3 mol% $Mn_3O_4+Co_3O_4$ (1:1) on the reaction, microstructure, and electrical properties such as the bulk defects and grain boundary properties of $ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3$ (ZBS; Sb/Bi=0.5, 1.0, and 2.0) varistors. The sintering and electrical properties of Mn,Co-doped ZBS, ZBS(MCo) varistors were controlled by Sb/Bi ratio. Pyrochlore ($Zn_2Bi_3Sb_3O_{14}$) was decomposed and promoted densification at lower temperature on heating in Sb/Bi=1.0 by Mn rather than Co. Pyrochlore on cooling was reproduced in all systems however, spinel (${\alpha}$- or ${\beta}$-polymorph) did not formed in Sb/Bi=0.5. More homogeneous microstructure was obtained in $Sb/Bi{\geq}1.0$ In ZBS(MCo), the varistor characteristics were improved drastically (non-linear coefficient, ${\alpha}$=30~49), and seemed to form $Zn_i^{..}$(0.17 eV) and $V_o^{\bullet}$(0.33 eV) as dominant defects. From impedance and modulus spectroscopy (IS & MS), the grain boundaries have divided into two types, i.e. the one is tentatively assign to $ZnO/Bi_2O_3(Mn,Co)/ZnO$ (0.47 eV) and the other ZnO/ZnO (0.80~0.89 eV) homojunctions.
Bhuyan, Ranjan K.;Thatikonda, Santhosh K.;Dobbidi, Pamu;Renehan, J.M.;Jacob, Mohan V.
Advances in materials Research
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v.3
no.2
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pp.105-116
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2014
The microwave dielectric properties of $CeO_2$ nanoparticles (0.5, 1.0 & 1.5wt%) doped $Mg_2TiO_4$ (MTO) ceramics have been investigated at cryogenic temperatures. The XRD patterns of the samples were refined using the full proof program reveal the inverse spinel structure without any secondary phases. The addition of $CeO_2$ nanoparticles lowered the sintering temperature with enhancement in density and grain size as compared to pure MTO ceramics. This is attributed to the higher sintering velocity of the fine particles. Further, the microwave dielectric properties of the MTO ceramics were measured at cryogenic temperatures in the temperature range of 6.5-295 K. It is observed that the loss tangent ($tan{\delta}$) of all the samples increased with temperature. However, the $CeO_2$ nanoparticles doped MTO ceramics manifested lower loss tangents as compared to the pure MTO ceramics. The loss tangents of the pure and MTO ceramics doped with 1.5 wt% of $CeO_2$ nanoparticles measured at 6.5K are found to be $6.6{\times}10^{-5}$ and $5.4{\times}10^{-5}$, respectively. The addition of $CeO_2$ nanoparticles did not cause any changes on the temperature stability of the MTO ceramics at cryogenic temperatures. On the other hand, the temperature coefficient of the permittivity increased with rise in temperature and with the wt% of $CeO_2$ nanoparticles. The obtained lower loss tangent values at cryogenic temperatures can be attributed to the decrease in both intrinsic and extrinsic losses in the MTO ceramics.
The reduced graphene oxide(rGO)/aluminum phosphate($AlPO_4$)-coated $LiMn_{1.5}Ni_{0.5}O_4$ (LMNO) cathode material has been developed by hydroxide precursor method for LMNO and by a facile solution based process for the coating with GO/$AlPO_4$ on the surface of LMNO, followed by annealing process. The amount of $AlPO_4$ has been varied from 0.5 wt % to 1.0 wt %, while the amount of rGO is maintained at 1.0 wt %. The samples have been characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and high-resolution transmission electron microscopy. The rGO/$AlPO_4$-coated LMNO electrodes exhibit better cyclic performance compared to that of pristine LMNO electrode. Specifically, rGO(1%)/$AlPO_4$(0.5%)- and rGO(1%)/$AlPO_4$(1%)-coated electrodes deliver a discharge capacity of, respectively, $123mAhg^{-1}$ and $122mAhg^{-1}$ at C/6 rate, with a capacity retention of, respectively, 96% and 98% at 100 cycles. Furthermore, the surface-modified LMNO electrodes demonstrate higher-rate capability. The rGO(1%)/$AlPO_4$(0.5%)-coated LMNO electrode shows the highest rate performance demonstrating a capacity retention of 91% at 10 C rate. The enhanced electrochemical performance can be attributed to (1) the suppression of the direct contact of electrode surface with the electrolyte, resulting in side reactions with the electrolyte due to the high cut-off voltage, and (2) smaller surface resistance and charge transfer resistance, which is confirmed by total polarization resistance and electrochemical impedance spectroscopy.
Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
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2002.11a
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pp.16-16
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2002
The presently commercialized lithium-ion batteries use layer structured LiCoO₂ cathodes. Because of the high cost and toxicity of cobalt, an intensive search for new cathode materials has been underway in recent years. Recently, a concept of a one-to-one solid state mixture of LiNO₂ and LiMnO₂, i.e., Li[Ni/sub 0.5/Mn/sub 0.5/]O₂, was adopted by Ohzuku and Makimura to overcome the disadvantage of LiNiO₂ and LiMnO₂. Li[Ni/sub 0.5/Mn/sub 0.5/]O₂ has the -NaFeO₂ structure, which is characteristic of the layered LiCoO₂ and LiNiO₂ structures and shows excellent cycleability with no indication of spinel formation during electrochemical cycling. Layered Li[Ni/sub x/Co/sub 1-2x/Mn/sub x/]O₂ (x = 0.5 and 0.475) materials with high homogeneity and crystallinity were synthesized using a mechanical alloying method. The Li[Ni/sub 0.475/Co/sub 0.05/Mn/sub 0.475/]O₂ electrode delivers a high discharge capacity of 187 mAh/g between 2.8 and 4.6 V at a high current density of 0.3 mA/㎠(30 mA/g) with excellent cycleability. The charge/discharge and differential capacity vs. voltage studies of the Li[Ni/sub x/Co/sub 1-2x/Mn/sub x/]O₂ (x = 0.5 and 0.475) materials showed only one redox peak up to 50 cycles, which indicates that structural phase transitions are not occurred during electrochemical cycling. The magnitude of the diffusion coefficients of lithium ions for Li[Ni/sub x/Co/sub 1-2x/Mn/sub x/]O₂(x = 0.5 and 0.475) are around 10/sup -9/ ㎠/s measured by the galvanostatic intermittent titration technique (GITT).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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