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.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.15
no.2
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pp.224-230
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2012
Thermal batteries have excellent mechanical robustness, reliability, and long shelf life. Due to these characteristics as well as their unique activation mechanism, thermal batteries are widely adopted as military power sources. Li(Si)/$FeS_2$ thermal batteries, which are used mostly in these days, use LiCl-KCl and LiBr-LiCl-LiF as molten salt electrolyte. However, it is known that Li(Si)/$FeS_2$ thermal batteries have high internal resistance. Especially, $FeS_2$ cathode accounts for the greater part of internal resistance in unit cell. Many efforts have been put into to decrease the internal resistance of thermal batteries, which result in the development of new electrode material and new electrode manufacturing processes. But the applications of these new materials and processes are in some cases very expensive and need complicated additional processes. In this study, internal resistance study was conducted by adding carbon black and carbon nano-tube, which has high electron conductivity, into the $FeS_2$ cathode. As a results, it was found that the decrease of internal resistance of $FeS_2$ cathode by the addition of carbon black and carbon nano-tube.
Cheon, Young Sik;Park, Jin Soo;You, Jinho;Lee, Jin
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.31
no.1
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pp.61-67
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2018
High-power lithium batteries are suitable for equipment with high power output needs, such as for ESS's initial start-up. However, their management cost is increased by the installation of air-conditioning to minimize the risk of explosion due to internal temperature rise and also by a restriction on the number of charge/discharge cycles. High-capacity flow batteries, on the other hand, have many advantages. They can be used for over 20 years due to their low management costs, resulting from no risk of explosion and a high number of charge/discharge cycles. In this paper, we propose an ESS based on hybrid batteries that uses a lithium iron phosphate battery (LiFePO) at the initial startup and a vanadium redox flow battery (VRFB) from the end of the transient period, with a bi-directional PCS to operate two batteries with different DC voltage levels and using an efficient energy management control algorithm.
Na-ion batteries are being considered as promising cost-effective energy storage devices for the future compared to Li-ion batteries owing to the crustal abundance of Na-ion. However, the large radius of the Na ion result in sluggish electrode kinetics that leads to poor electrochemical performance, which prohibits the use of these batteries in real time application. Therefore, identification and optimization of the anode, cathode, and electrolyte are essential for achieving high-performance Na-ion batteries. In this context, the current review discusses the suitable high-voltage cathode materials for Na-ion batteries. According to a recent research survey, sodium vanadium fluorophosphate (NVPF) compounds have been emphasized for use as a high-voltage Na-ion cathode material. Among the fluorophosphate groups, $Na_3V_2(PO_4)_2F_3$ exhibited the high theoretical capacity ($128mAh\;g^{-1}$) and working voltage (~3.9 V vs. $Na/Na^+$) compared to the other fluorophosphates and $Na_3V_2(PO_4)_3$. Here, we have also highlighted the classification of Fluorophosphates, NVPF composite with carbonaceous materials, the appropriate synthesis methods and how these methods can enhance the electrochemical performance. Finally, the recent developments in NVPF for the application in energy storage devices and its outlook are summarized.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.17
no.2
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pp.1-10
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2021
Lithium-ion batteries with high energy density, long cycle life and other advantages, have been widely used to energy storage systems(ESS). But as ESS fires frequently occur, the safety concern has become the main obstacle that hinders the large-scale applications of lithium-ion batteries. Especially, thermal runaway is the key scientific problem in battery safety research. Therefore, in this study, we performed a numerical analysis on the thermal runaway phenomenon of NCM111, NCM523 and NCM622 batteries using a two-dimensional analysis model. The results show that the two-dimensional simulation results are generally matched with three-dimensional simulation. Also, In the case of NCM111 with a low Ni content in the temperature range used in this study, thermal runaway phenomenon does occurred very slowly, but as the Ni content is increased, the thermal runaway phenomenon occurs rapidly and the thermal stability tends to be decreased. And, in NCM523 and NCM622 batteries, chain reactions occur almost simultaneously, but in the case of NCM111 battery, it is found that after the SEI(Solid Electrolyte Interface) layer decomposition reaction, the cathode-electrolyte reaction is appeared sequentially. After that, the anodic decomposition reaction is increased and leads to the thermal runaway reaction.
In order to efficeintly manage a battery, it is important to accurately estimate and manage the SOH(State of Health) and RUL(Remaining Useful Life) of the batteries. Even if the batteries are of the same type, the characteristics such as facility capacity and voltage are different, and when the battery for the training model and the battery for prediction through the model are different, there is a limit to measuring the accuracy. In this paper, We proposed the entropy index using voltage distribution and discharge time is generalized, and four batteries are defined as a training set and a test set alternately one by one to predict the health status of batteries through linear regression analysis of machine learning. The proposed method showed a high accuracy of more than 95% using the MAPE(Mean Absolute Percentage Error).
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.24
no.6_1
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pp.669-681
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2021
As the supply of xEV in Korea is rapidly increasing, the amount of waste batteries is expected to increase rapidly, but the current recycling system for waste xEV batteries is very insufficient. In order to properly utilize the xEV reusable battery module, it is essential to classify it into a type that has similar discharge characteristics to the current state of health(SOH), which is the discharge capacity of the battery. This paper proposes a system that can minimize the exchange of energy with the KEPCO system by using the charging/discharging method by circulating power between batteries in order to minimize the power consumption when charging and discharging waste batteries. In the proposed system, a function to measure parameters during the charging/discharging test of the waste battery was implemented to build a customized big date for the test waste battery. In addition, the dynamic characteristics of the proposed circuit were analyzed using PSIM, which is useful for power electronics analysis, and the validity of the proposed circuit was verified through experiments.
Ni-rich layered oxides cathode has recently gained attention as an advanced cathode material due to their applicable energy density. However, as the Ni component in the layered site is increased, the high reactivity of Ni4+ results in parasitic reaction associated with decomposing electrolyte, which leads to a rapid decreasing the lifespan of the cell. The electrolyte additive triallyl borate (TAB) improves interfacial stability, leading to a stable cathode-electrolyte interphase (CEI) layer on the LNCM83 cathode. A multi-functionalized TAB additive can produce a uniformly distributed CEI layer via electrochemical oxidation, which implies an increase in long-term cycling performance. After 100 cycles at elevated temperature, the cell tested by 0.75 TAB retained 88.3% of its retention ratio, whereas the cell performed by TAB-free electrolyte retained 64.1% of its retention. Once the TAB additive formed CEI layers on the LNCM83 cathode, it inhibited the decomposition of carbonate-based solvents species in addition to the dissolution of transition metal components from the cathode. The addition of TAB to LNCM83 cathode material is believed to be a promising way to increase the electrochemical performance.
Flexible zinc-air batteries have many merits, including low cost, high safety, environmentally friendliness applicability, etc. One of the key factors to improve the performance of flexible zinc-air batteries is to use a gel electrolyte. In this study, gel electrolytes were synthesized from potato, sweet potato, and corn starch. In a comparison of each starch, the corn starch-based gel electrolyte showed the highest discharge capacity of 12.41 mAh/cm2 in 20 mA and 6.47 mAh/cm2 in 30 mA. It also delivered a higher specific discharge capacity of 7.06 mAh/cm2 than the other materials after 100° bending. In addition, the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was analyzed to calculate the ionic conductivity. The potato, sweet potato, and corn starch-based gel electrolytes showed electrolyte resistances (Re) of 0.306, 0.298, and 0.207 Ω, respectively. In addition, the corn starch-based gel electrolyte delivered the highest ionic conductivity of 0.121 S cm-1 among the other gel electrolytes. Thus, the corn starch-based gel electrolyte was verified to improve the performance of flexible zinc-air batteries.
1,1-Dialkyl-2,5-bis(trimethylsilylethynyl)-3,4-diphenylsiloles (R=Et, i-Pr, n-Hex; 3a-c) were prepared and utilized as anode active materials for lithium-ion batteries; 3a was also used as a filler for the solid-state electrolytes (SSE). Siloles 3a-c were prepared by substitution reactions in which the two bromine groups of 1,1-dialkyl-2,5-dibromo-3,4-diphe- nylsiloles, used as precursors, were substituted with trimethylsilylacetylene in the presence of palladium chloride, copper iodide, and triphenylphosphine in diisopropylamine. Among siloles 3a-c, 3a had the best electrochemical properties as an anode material for lithium-ion batteries, including an initial capacity of 758 mAhg-1 (0.1 A/g), which was reduced to 547 mAhg-1 and then increased to 1,225 mAhg-1 at 500 cycles. A 3a-composite polymer electrolyte (3a-CPE) was prepared using silole 3a as an additive at concentrations of 1, 2, 3, and 4 wt.%. The 2 wt.% 3a-CPE composite afforded an excellent ionic conductivity of 1.09 × 10-3 Scm-1 at 60℃, indicating that silole 3a has potential applicability as an anode active material for lithium-ion batteries, and can also be used as an additive for the SSE of lithium-ion batteries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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