In lithium-ion batteries(LIB), the development of electrolytes had mainly focused on the characteristics of lithium cobalt oxide($LiCoO_2$) cathode and graphite anode materials since the commercialization in 1991. Various studies on compatibility between electrode and electrolytes had been actively developed on their interface. Since then, as they try to adopt silicon and tin as anode materials and three components(Ni, Mn, Co), spinel, olivine as cathode materials for advanced lithium batteries, conventional electrolyte materials are facing a lot of challenges. In particular, requirements for electrolytes performance become harsh and complicated as safety problems are seriously emphasized. In this report, we summarized the research trend of electrolyte materials for the electrode materials of lithium rechargeable batteries.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.05a
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pp.45.1-45.1
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2011
Cobalt-free $La_xSr_{4-x}Fe_6O_{13}$ ($0{\leq}x{\leq}2$) oxide have been synthesized and investigated as a potential cathode material for solid oxide fuel cells (SOFCs). $Sr_4Fe_6O_{13}$ consists of alternating perovskite layers ($Sr_4Fe_2O_8$) containing iron cations in octahedral oxygen coordination and $Fe_4O_5$ layers where iron cations have 5-fold coordination of two types-square pyramids and trigonal bipyramids. Our preliminary electrochemical testes of pristine $Sr_4Fe_6O_{13}$ show a rather high area specific resistance ($0.47{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$) for ~20 ${\mu}m$ thick layers with CGO electrolyte. The electrochemical performances are improved by La addition up to x=1 ($La_1Sr_3Fe_6O_{13}$, $0.06{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$). In addition, thermal expansion coefficient (TEC) values of $La_1Sr_3Fe_6O_{13}$ specimen demonstrated $15.1{\times}10^{-6}\;^{\circ}C^{-1}$ in the range of 25-900$^{\circ}C$, which provides good thermal expansion compatibility with the CGO electrolyte. An electrolyte supported (300-${\mu}m$-thick) single-cell configuration of $La_1Sr_3Fe_6O_{13}$/CGO/Ni-CGO delivered a maximum power density of 584 $mWcm^{-2}$ at $700^{\circ}C$. In addition, an anode supported single cell by YSZ electrolyte (10-${\mu}m$-thick) with a porous CGO interlayer between the cathode and the electrolyte to avoid undesired interfacial reactions exhibited 1,517 $mWcm^{-2}$ at $800^{\circ}C$. The unique composition of $La_1Sr_3Fe_6O_{13}$ with low thermal expansion coefficient and higher electrochemical properties could be a good cathode candidate for intermediate temperature SOFCs with CGO and YSZ electrolyte.
Franco, Vinicius C. De;Castro, Gustavo M.B.;Corredor, Jeaneth;Mendes, Daniel;Schmidt, Joao E.
Carbon letters
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v.21
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pp.16-22
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2017
Cobalt was electrodeposited onto chemical vapor deposition (CVD) graphene/Si/$SiO_2$ substrates, during different time intervals, using an electrolyte solution containing a low concentration of cobalt sulfate. The intention was to investigate the details of the deposition process (and the dissolution process) and the resulting magnetic properties of the Co deposits on graphene. During and after electrodeposition, in-situ magnetic measurements were performed using an (AGFM). These were followed by ex situ morphological analysis of the samples with ${\Delta}t_{DEP}$ 30 and 100 s by atomic force microscopy in the non-contact mode on pristine CVD graphene/$SiO_2$/Si. We demonstrate that it is possible to electrodeposit Co onto graphene, and that in-situ magnetic measurements can also help in understanding details of the deposition process itself. The results show that the Co deposits are ferromagnetic with decreasing coercivity ($H_C$) and demonstrate increasing magnetization on saturation ($M_{SAT}$) and electric signal proportional to remanence ($M_r$), as a function of the amount of the electrodeposited Co. It was also found that, after the end of the dissolution process, a certain amount of cobalt remains on the graphene in oxide form (this was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy), as suggested by the magnetic measurements. This oxide tends to exhibit a limited asymptotic amount when cycling through the deposition/dissolution process for increasing deposition times, possibly indicating that the oxidation process is similar to the graphene surface chemistry.
Lithium ion batteries (LIBs) is a kind of rechargeable secondary battery, developed from lithium battery, lithium ions move between the positive and negative electrodes to realize the charging and discharging of external circuits. Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) are porous crystalline materials in which organic imidazole esters are cross-linked to transition metals to form a framework structure. In this article, ZIF-67 is used as a sacrificial template to prepare nano porous carbon (NPC) coated cobalt nanoparticles. The final product Co/NPC composites with complete structure, regular morphology and uniform size were obtained by this method. The conductive network of cobalt and nitrogen doped carbon can shorten the lithium ion transport path and present high conductivity. In addition, amorphous carbon has more pores that can be fully in contact with the electrolyte during charging and discharging. At the same time, it also reduces the volume expansion during the cycle and slows down the rate of capacity attenuation caused by structure collapse. Co/NPC composites first discharge specific capacity up to 3115 mA h/g, under the current density of 200 mA/g, circular 200 reversible capacity as high as 751.1 mA h/g, and the excellent rate and resistance performance. The experimental results show that the Co/NPC composite material improves the electrical conductivity and electrochemical properties of the electrode. The cobalt based ZIF-67 as the precursor has opened the way for the design of highly performance electrodes for energy storage and electrochemical catalysis.
The inverse spinel Cobalt ferrite (CoFe2O4, CFO) is considered to be a promising alternative to commercial graphite anodes for lithium ion batteries (LIBs). However, the further development of CFO is limited by its unstable structure during battery cycling and low electrical conductivity. In an effort to address the challenge, we construct three-dimensional hierarchical flower-like CFO nanoclusters (CFO NCs)-decorated carbonized cotton carbon fiber (CFO NCs/CCF) composite. This structure is consisted of microfibers and nanoflower cluster composited of CFO nanoparticle, in which CCF can be used as a long-range conductive matrix, while flower-like CFO NCs can provide abundant active sites, large electrode/electrolyte interface, short lithium ion diffusion path, and alleviated structural stress. As anode materials in LIBs, the flower-like CFO NCs/CCF exhibits excellent electrochemical performance. After 100 cycles at a current density of 0.3 A g-1, the CFO NCs/CCF delivers a discharge/charge capacity of 1008/990 mAh g-1. Even at a high current density of 15 A g-1, it still maintains a charge/discharge capacity of 362/361 mAh g-1.
The cobalt (Co(II)) ion is a main component of alloys and considered to be carcinogenic, especially due to the carcinogenic and toxicological effects in the aquatic environment. The toxic trace of the Co(II) detection was conducted using the infrared photodiode electrode (IPDE) using a working electrode, via the cyclic and square-wave anodic stripping voltammetry. The results indicated a sensitive oxidation peak current of Co(II) on the IPDE. Under the optimal conditions, the common-type glassy carbon, the metal platinum, the carbon paste, and the carbon fiber microelectrode were compared with the IPDE in the electrolyte using the standard Co(II). The IPDE was found to be far superior to the others.
Activated oxidation catalysts are generated by the treatment of pentadentate Schiff base cobalt(Ⅱ) complexes with the oxygen saturated DMF solution. Oxidation of 2,6-di-tert-butylphenol by homogeneous oxidation catalysts of superoxo type pentadentate schiff base cobalt(Ⅲ) complexes yields 2,6-di-tert-butylbenzoquinone(BQ) as a major product. And $O_2$/Co mole ratio of homogeneous oxidative catalysts such as [Co(Ⅲ)(sal-DET)]$O_2$ and [Co(Ⅲ)(sal-DPT)]$O_2$by PVT method of the oxygen absorption in DMSO and pyridine solution was 1:1, 1:1.52 in DMF solution and ${\mu}$-peroxo type cobalt(Ⅲ) complexes formed at solid state. The redox reaction processes of superoxo type cobalt(Ⅲ) complexes as homogeneous oxidation catalysts were investigated by cyclic voltammetry and DPP method at a glassy carbon electrode. As a result of electrochemical measurements the reduction processes of oxygen adducted superoxo type cobalt(Ⅲ) complexes occurred to four steps including prewave of $O_2$-in 0.1M TEAP-DMSO and 0.1 M TEAP-Pyridine as supporting electrolyte solution.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.245-249
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2002
Tungsten carbide microshaft is used as various micro-tools in MEMS because it has high hardness and good rigidity. In this study, experiments were performed to produce tungsten carbide microshaft using electrochemical machining. $H_2SO_4$solution was used as electrolyte because it can dissolve tungsten and cobalt simultaneously. Optimal electrolyte concentration and machining voltage satisfying uniform shape and large MRR of workpiece were found. For one-step machining, the immersion depth over 1 mm was selected for avoidance of concentration of electric charge at the tip of the microshaft. The limit diameter with good straightness was shown and an empirical formula for WC-microshaft machining was suggested. By controlling the various machining parameters, a straight microshaft with 30 $\mu\textrm{m}$ diameter, over 1 mm length and under 0.5$^{\circ}$ taper angle was obtained.
For the commercialization of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), some serious problems such as the decrease of platinum use as catalysts and a larger overpotential of oxygen reduction reaction (ORR) at cathode must be solved. In this study, 20%Pt/C and 20%PtCo/C catalysts for the cathode of PEMFC were synthesized from the chemical reduction method and evaluated using an electrochemical measurement. The ORR activity of synthesized 20%Pt/C and 20%PtCo/C had higher than that of the 20%Pt/C on the market. The synthesized 20%PtCo/C with the cobalt concentration (Pt:Co atomic ratio) from 5 to 20% showed the highest ORR activity.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.6
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pp.172-178
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2004
Tungsten carbide microshaft can be used as various micro-tools for MEMS because it has high hardness and high rigidity. In this study, experiments are performed to produce tungsten carbide micro-shaft using electrochemical etching. H$_2$SO$_4$ solution is used as electrolyte because it can dissolve tungsten and cobalt simultaneously. Optimal electrolyte concentration and machining voltage satisfying uniform shape, good surface quality, and high MRR of workpiece are experimentally found. By controlling the various machining parameters, a straight micro-shaft with 5 ${\mu}{\textrm}{m}$ diameter, 3 mm length, and 0.2$^{\circ}$taper angle was obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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