Nano-sized $SnO_2$ powders were synthesized via a solvent thermal reaction using $SnClO_4$, NaOH, and ethylene glycol at $150^{\circ}C$. TGA, SEM, FT-IR, XRD, and Potentiostat/Galvanostat were employed to investigate the chemical and electrochemical characteristics of the synthesized $SnO_2$. The structure of $SnO_2$ was amorphous, and when heat treated at $500^{\circ}C$, it was transformed into a crystalline structure. The morphology obtained by SEM micrographs of the as-synthesized $SnO_2$ showed powder features that had diameters ranging 100 to 200 nm. The electrochemical performance of the crystalline $SnO_2$ as a Li-air battery cathode was better than that of the amorphous $SnO_2$. The specific capacity of the crystalline $SnO_2$ was at least 350 mAh/g at 10 mA/g discharge rate. However, there was some capacity loss of all the cells during the consecutive cycles. Keywords : Lithium-Air Battery.
Energy is an essential driving force for modern society. In particular, electricity has become the standard source of power for almost every aspect of life. Electric power runs lights, televisions, cell phones, laptops, etc. However, it has become apparent that the current methods of producing this most valuable commodity combustion of fossil fuels are of limited supply and has become detrimental for the Earth's environment. It is also self-evident, given the fact that these resources are non-renewable, that these sources of energy will eventually run out. One of the most promising alternatives to the burning of fossil fuel in the production of electric power is the proton exchange membrane (PEM) fuel cell. The PEM fuel cell is environmentally friendly and achieves much higher efficiencies than a combustion engine. Water management is an important issue of PEM fuel cell operation. Water is the product of the electrochemical reactions inside fuel cell. If liquid water accumulation becomes excessive in a fuel cell, water columns will clog the gas flow channel. This condition is referred to as flooding. A number of researchers have examined the water removal methods in order to improve the performance. In this paper, a new water removal method that investigates the use of vibro-acoustic methods is presented. Piezo-actuators are devices to generate the flexural wave and are attached at end of a cathode bipolar plate. The "flexural wave" is used to impart energy to resting droplets and thus cause movement of the droplets in the direction of the traveling wave.
Carbon nanotubes are unique tubular structures of nanometer diameter and large length/diameter ratio. The nanotubes may consist of one up to tens and hundreds of concentric shells of carbons with adjacent shells separation of ~0.34 nm. Multiwalled carbon nanotubes were synthesized by arc-discharge technique. MWCNTs were formed at the cathode deposit along with other carbonaceous materials like amorphous carbon, graphite etc. However, to get the best advantage of carbon nanotubes in various advanced applications, these undesired carbonaceous materials to be removed which is a challenging task. In the present study, various techniques were tried out for purifying MWCNTs such as physical filtration, chemical treatment and thermal annealing. SEM, FTIR, TGA and BET techniques were used to characterize the CNTs at various stages. Results shows that suitable chemical treatment followed by thermal annealing under controlled flow of oxygen gives the better route for purification of carbon nanotubes.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.6_3
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pp.1275-1284
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2022
This study provides an investigating the electrolyte reaction characteristics during thermal runaway of a lithium-ion battery(LIB). Dimethyl carbonate(DMC) is known as the main substance that makes up the electrolyte. The mono-molecular decomposition characteristics of DMC were derived through numerical analysis. Cobalt oxide can release oxygen under high temperature conditions. Also, DMC is converted to CH4, H2, CO, and CO2. Especially, it was found that the decomposition of the DMC begins at a temperature range of 340-350℃, which dramatically increases the internal pressure of the LIB. In the by-products gases, the molar ratio of CO and CO2 changed according to the molecular structure of DMC and temperature conditions. The correlation of the [CO]/[CO2] ratio according to the temperature during thermal runaway was derived, and the characteristics of the reaction temperature could be estimated using the molar ratio as an indicator. In addition, the oxidation and decomposition characteristics of DMC according to the residence time for each temperature were estimated. When DMC is exposed to low temperature for a long time, both oxidation and decomposition may occur. There is possibility of not only increasing the internal pressure of the LIB, but also promoting thermal runaway. In this study, internal environment of LIB was identified and the reaction characteristics between the active materials of the cathode and electrolyte were investigated.
Lithium secondary batteries have been widely used in the portable electric devices as power source. Recently it is expected that the realm of its applications expands to the markets such as energy storage medium of hybrid electric vehicle(HEV), electric vehicle(EV). Cathode active material is crucial in terms of performance, durability, capacity of lithium secondary batteries. It is urgent to develope the technology for mass production of cathode material to cope with the markets' demands in the near future. In this study, a calcination furnace running in real production line is modelled in 3D, and the thermal flow and gas flow after chemical reaction in the furnace is analyzed through numerical computations. Based on the results, it is shown that large volume of $CO_2$ gas is generated from chemical reaction. High concentration of $CO_2$ gas and it's stagnation is clearly found from the reactant containers in which the reaction occur to the bottom area of the furnace. It is also studied that 15% or more $CO_2$ mol fraction could affect to proper formation of $LiCoO_2$ through TGA-DSC analysis. The solutions to evacuate carbon dioxide from the furnace are suggested through the change of furnace design and operating condition as well.
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 $LiNi_{0.5-x}Mn_{1.5}Cr_xO_4.$
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.6
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pp.80-85
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2019
Vanadium dioxide is a well-known metal-insulator phase transition material. Lots of researches of vanadium redox flow batteries have been researched as large scale energy storage system. In this study, vanadium oxide($VO_x$) thin films were applied to cathode for lithium ion battery. The $VO_x$ thin films were deposited on Si substrate($SiO_2$ layer of 300 nm thickness was formed on Si wafer via thermal oxidation process), quartz substrate by RF magnetron sputter system for 60 minutes at $500^{\circ}C$ with different RF powers. The surface morphology of as-deposited $VO_x$ thin films was characterized by field-emission scanning electron microscopy. The crystallographic property was confirmed by Raman spectroscopy. The optical properties were characterized by UV-visible spectrophotometer. The coin cell lithium-ion battery of CR2032 was fabricated with cathode material of $VO_x$ thin films on Cu foil. Electrochemical property of the coin cell was investigated by electrochemical analyzer. As the results, as increased of RF power, grain size of as-deposited $VO_x$ thin films was increased. As-deposited thin films exhibit $VO_2$ phase with RF power of 200 W above. The transmittance of as-deposited $VO_x$ films exhibits different values for different crystalline phase. The cyclic performance of $VO_x$ films exhibits higher values for large surface area and mixed crystalline phase.
With the growth of the battery industry, a rapid increase in the production and usage of lithium-ion batteries is expected, and in line with this, much interest and effort is being paid to recycle waste batteries, including production scrap. Although much effort has been made to recycle cathode material, much attention has begun to recycle anode material to secure the supply chain of critical minerals and improve recycling rates. The proximate analysis that measures the content of coal can be used to analyze graphite in anode material, but it cannot accurately analyze due to the interaction between the components of the black mass. Therefore, in this study, thermogravimetric analysis of each component of black mass was measured as the temperature increased up to 950℃ in an oxygen atmosphere. As a result, in the case of cathode material, no change in mass was measured other than a mass reduction of about 5% due to oxidation of the binder and conductive material. In the case of anode material, except for a mass reduction of about 2% due to the binder, all mass reduction were due to the graphite(fixed carbon). In addition, metal conductors (Al, Cu) were oxidized and their mass increased as the temperature increased. Thermal analysis results of mixed samples of cathode/anode show similar results to the predictive values that can be calculated through each cathode and anode analysis results.
Purpose: This research is that $V_2O_5$ cathode's composition is possible in low temperature. Methods: Transparent in visible spectra range and crystallographically amorphous $V_2O_5$ thin films were prepared by simple vacuum thermal evaporation on soda-lime-silica slide glass substrate. After annealing at 100$^{\circ}C$, 150$^{\circ}C$ and 200$^{\circ}C$ for 10 minutes in air, the surface morphology and the fracture-cross section of the films were investigated by field emission - scanning electron microscope. Transmittance in visible spectra range and surface roughness of the films were analyzed by ultra violet - visible spectrophotometer and scanning probe microscope, respectively. Results: As the increase of annealing temperature from 100$^{\circ}C$ to 150$^{\circ}C$ and 200$^{\circ}C$, transmittance of the $V_2O_5$ films decreased. Optical properties will be fully discussed on the basis of the surface morphological results. Conclusions: Optical transmissivity was superior in case of 100$^{\circ}C$, and could make amorphous $V_2O_5$ thin film that surface quality of thin film did homogeneity.
Kim, Young-Jin;Park, Sang-Kyun;Roh, Gill-Tae;Kim, Mann-Eung
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.4
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pp.414-420
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2011
Thermal stress analysis of a planar anode-supported SOFC considering electrochemical reactions has been performed under operating conditions where average current density varies from 0 to 2000 $A/m^2$. For the case of the 2000 $A/m^2$ operating condition, Structural stress analysis based on the temperature distributions obtained from the CFD analysis of the unit cell has also been done. From this one way Fluid-Structure Interaction(FSI) analysis, Maximum Von-Mises stress under negligible temperature gradient fields occurs when cell components are perfectly bonded. The maximum stress of the electrolyte, cathode and anode in a unit cell SOFC is 262.58MPa, 28.55MPa and 15.1MPa respectively. The maximum thermal stress is critically dependent on static friction coefficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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