The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.2
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pp.344-348
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2011
A layer of $TiO_2$ thin film less than ~200nm in thickness, as a blocking layer, was deposited by 13.56 MHz radio frequency magnetron sputtering method directly onto the anode electrode to be isolated from the electrolyte in dye-sensitized solar cells (DSCs). This is to prevent the electrons from back-transferring from the electrode to the electrolyte ($I^-/{I_3}^-$). The presented DSCs were fabricated with working electrode of F:$SnO_2$(FTO) glass coated with blocking $TiO_2$ layer, dye-attached nanoporous $TiO_2$ layer, gel electrolyte and counter electrode of Pt-deposited FTO glass. The effects of blocking layer were studied with respect to impedance and conversion efficiency of the cells. The, electrochemical impedances of DSCs using this electrode were $R_1$: 13.9, $R_2$: 15.0, $R_3$: 10.9 and $R_h$: $82{\Omega}$. The $R_2$ impedance related by electron movement from nanoporous $TiO_2$ to TCO showed lower than that of normal DSCs. The photo-conversion efficiency of prepared DSCs was 5.97% ($V_{oc}$: 0.75V, $J_{sc}$: 10.5 mA/$cm^2$, ff: 0.75) and approximately 1% higher than general DSCs sample.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.75.2-75.2
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2013
Atomic layer deposition (ALD), utilizing self-limiting surface reactions, could offer promising perspectives for future efficient energy conversion devices. The capabilities of ALD for surface/interface modification and construction of novel architectures with sub-nanometer precision and exceptional conformality over high aspect ratio make it more valuable than any other deposition methods in nanoscale science and technology. In the context, a variety of researches on fabrication of active materials for energy conversion applications by ALD are emerging. Among those materials, one-dimensional nanotubular titanium dioxide, providing not only high specific surface area but also efficient carrier transport pathway, is a class of the most intensively explored materials for energy conversion systems, such as photovoltaic cells and photo/electrochemical devices. The monodisperse, stoichiometric, anatase, TiO2 nanotubes with smooth surface morphology and controlled wall thickness were fabricated via low-temperature template-directed ALD followed by subsequent annealing. The ALD-grown, anatase, TiO2 nanotubes in alumina template show unusual crystal growth behavior which allows to form remarkably large grains along axial direction over certain wall thickness. We also fabricated dye-sensitized solar cells (DSCs) introducing our anatase TiO2 nanotubes as photoanodes, and studied the effect of blocking layer, TiO2 thin films formed by ALD, on overall device efficiency. The photon convertsion efficiency ~7% were measured for our TiO2 nanotubebased DSCs with blocking layers, which is ~1% higher than ones without blocking layer. We also performed open circuit voltage decay measurement to estimate recombination rate in our cells, which is 3 times longer than conventional nanoparticulate photoanodes. The high efficiency of our ALD-grown, anatase, TiO2 nanotube-based DSCs may be attributed to both enhanced charge transport property of our TiO2 nanotubes photoanode and the suppression of recombination at the interface between transparent conducting electrode and iodine electrolytes by blocking layer.
Lee, Jae Hun;Park, Cheol Hun;Lee, Chang Soo;Kim, Jong Hak
Membrane Journal
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v.29
no.2
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pp.80-87
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2019
Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have attracted great attention as sustainable energy devices. The efficiency and long-term stability of DSSCs are greatly influenced by electrode materials and electrolytes. In this review, we focused on the electrolytes of DSSCs. Polymer electrolyte membranes have been proposed as an alternative to conventional liquid electrolytes in DSSCs. Conventional liquid electrolytes can exhibit a high efficiency, but due to some problems such as poor long-term stability of device and leakage of liquid, much interest in polymer electrolyte membranes continues to rise and the papers on polymer electrolytes membranes have been extensively reported recently. This review covers the concept and development of polymer electrolyte membranes for DSSCs, and discusses the efficiency and electrochemical properties of DSSCs, highlighting the modification of polymer matrix, the introduction of additives such as organic-inorganic plasticizers and ionic liquids.
To improve light absorption ability in the visible light region and the efficiency of the charge transfer reaction, Pd nanoparticles decorated with reduced TiO2 nanotube photocatalyst were synthesized. The reduced TiO2 nanotube photocatalyst was fabricated by anodic oxidation of Ti plate, followed by an electrochemical reduction process using applied cathodic potential. For TiO2 photocatalyst electrochemically reduced using an applied voltage of -1.3 V for 10 min, 38% of Ti4+ ions on TiO2 surface were converted to Ti3+ ion. The formation of Ti3+ species leads to the decrease in the band gap energy, resulting in an increase in the light absorption ability in the visible range. To obtain better photocatalytic efficiency, Pd nanoparticles were decorated through photoreduction process on the surface of reduced TiO2 nanotube photocatalyst (r10-TNT). The Pd nanoparticles decorated with reduced TiO2 nanotube photocatalyst exhibited enhanced photocurrent response, and high efficiency and rate constant for aniline blue degradation; these were ascribed to the synergistic effect of the new electronic state of the TiO2 band gap energy induced by formation of Ti3+ species on TiO2, and by improvement of the charge transfer reaction.
Membrane capacitive deionization (MCDI) is a variation of the conventional CDI process that can improve desalination efficiency by employing an ion-exchange membrane (IEM) together with a porous carbon electrode. The IEM is a key component that greatly affects the performance of MCDI. In this study, we attempted to derive the optimal fabricating factors for IEMs that can significantly improve the desalination efficiency of MCDI. For this purpose, pore-filled IEMs (PFIEMs) were then fabricated by filling the pores of the PE porous support film with monomers and carrying out in-situ photopolymerization. As a result of the experiment, the prepared PFIEMs showed excellent electrochemical properties that can be applied to various desalination and energy conversion processes. In addition, through the correlation analysis between MCDI performance and membrane characteristic parameters, it was found that controlling the degree of crosslinking of the membranes and maximizing permselectivity within a sufficiently low level of membrane electrical resistance are the most desirable membrane fabricating condition for improving MCDI performance.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.38
no.8
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pp.411-419
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2016
The objective of this study was to evaluate the application possibility of tube type electrolysis module system using recirculation process through removal organic matters and nitrogen in the pigment wastewater. The tube type electrolysis module consisted of a inner rod anode and an outer tube cathode. Material used for anode was titanium electroplated with $RuO_2$. Stainless steel was used for cathode. It was observed that the pollutant removal efficiency was increased according to the decrease of flowrate and increase of current density. When the retention time in tube type electrolysis module system was 180 min, chlorate concentration was 382.4~519.6 mg/L. The chlorate production was one of the major factors in electrochemical oxidation of tube type electrolysis module system using recirculation process used in this research. The pollutant removal efficiencies from the bench scale tube type electrolysis module system using recirculation operated under the electric charge of $4,500C/dm^2$ showed the $COD_{Mn}$ 89.6%, $COD_{Cr}$ 67.8%, T-N 96.8%, and Color 74.2%, respectively and energy consumption was $5.18kWh/m^3$.
Kim Chan;Yang Kap Seung;Ko Jang Myoun;Park Sang Hee;Park Ho Chul;Kim Young-Min
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.4
no.3
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pp.104-108
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2001
Naphthalene derived mesophase pitch WP) was spun into short fibers by using melt-blown technology. The pitch fibers oxidative stabilization were carried out heating rates of $2^{\circ}C/min,\;5^{\circ}C/min\;and\; 10^{\circ}/min$. The heating rate was a key factor to maximate the capacity of the Li-ion secondary battery through controlling the morphology of the graphitized fiber. The diameters of the melt-blown fibers prepared were in the range of $4{\mu}m\~16{\mu}m$ with functions of air jet speed, air temperature and the temperature of the nozzle. The graphitized fibers of $10{\mu}m$ diameters showed various morphological structure with heating rate of the stabilization. Radial, radial-random and skin-core cross-sectional structure of the fibers were observed at the respective heating rate of $2^{\circ}C/min\;5^{\circ}C/min\;and\;10^{\circ}C/min$. Most crystalline structure of graphite was obtained from the fiber stabilized at heating rate of $10^{\circ}C/min$ exhibiting the best anode performance with 400 mAh/g of capacitance and $96.8\%$ of charge/discharge efficiency.
Even though fuel cell have high efficiency when pure hydrogen from gas tank is used as a fuel source, it is more beneficial to generate hydrogen from city gas (mainly methane) in residential application such as domestic or office environments. Thus hydrogen is generated by reforming process using hydrocarbon. Unfortunately, the reforming process for hydrogen production is accompanied with unavoidable impurities. Impurities such as CO, $CO_2$, $H_2S$, $NH_3$, $CH_4$, and $CH_4$ in hydrogen could cause negative effects on fuel cell performance. Those effects are kinetic losses due to poisoning of the electrode catalysts, ohmic losses due to proton conductivity reduction including membrane and catalyst ionomer layers, and mass transport losses due to degrading catalyst layer structure and hydrophobic property. Hydrogen produced from reformer eventually contains around 73% of $H_2$, 20% or less of $CO_2$, 5.8% of less of $N_2$, or 2% less of $CH_4$, and 10ppm or less of CO. This study is aimed at investigating the effect of carbon dioxide on fuel cell performance. The performance of PEM fuel cell was investigated using current vs. potential experiment, long run(10 hr) test, and electrochemical impedance measurement when the concentrations of carbon dioxide were 10%, 20% and 30%. Also, the concentration of impurity supplied to the fuel cell was verified by gas chromatography(GC).
$\beta-Ga_{2}O_{3}$ nanorods were synthesized by chemical vapor deposition method using nickel-oxide nanoparticle as a catalyst and gallium metal powder as a source material. The average diameter of nanorods was around 160 nm and the average length was $4{\mu}m$. Also, we confirmed that the synthesis of nanorods follows the vapor-solid growth mechanism. From the results of X-ray diffraction and HR-TEM observation, it can be found that the synthesized nanorods consisted of a typical core-shell structure with single-crystalline $\beta-Ga_{2}O_{3}$ core with a monoclinic crystal structure and an outer amorphous gallium oxide layer. Li/$\beta-Ga_{2}O_{3}$ nanorods cell delivered capacity of 867 mAh/g-$\beta-Ga_{2}O_{3}$ at first discharge. Although the Li/$\beta-Ga_{2}O_{3}$ nanorods cell showed low coulombic efficiency at first cycle, the cell exhibited stable cycle life property after fifth cycle.
In recent days, fuel cell has received attention from the world as an alternative power source to hydrocarbon used in automobile engines. With the industrial advances of fuel cell, There have been a lot of researches actively conducted to find a way of generating hydrogen. Among many hydrogen production methods, Solid Oxide Electrolysis Cell(SOEC) is not only a basic way but also environment-friendly method to produce hydrogen gas. Solid Oxide Electrolysis Cell has lower electrical energy demands and high thermal efficiency since it is possible to operate under high temperature and high pressure conditions. For these reasons, experimental researches as well as studies on numerical modeling for Solid Oxide Electrolysis Cell have been under way. However, studies on numerical modeling are relatively less enough than experimental accomplishments and have limited performance prediction, which mostly is considered as a result from inadequate effects of electrochemical properties by temperature and pressure. In this study, various experimental studies of commercial Membrane Electrode Assembly (MEA) composed of Ni-YSZ (40wt%, Ni-60 wt% YSZ)/8-YSZ (TOSOH, TZ8Y)/LSM (La0.9Sr0.1MnO3) was utilized for improving effectiveness of SOEC model. After numerically analyzing effects of electrochemical properties according to operating temperature, causing the largest deviation between experiments and simulation are that Charge Transfer Coefficient (CTC), exchange current density, diffusion coefficient, electrical conductivity in SOEC. Analyzing temperature effect on parameter used in overpotential model is conducted for modeling of SOEC. cross-validation method is adopted for application of various MEA and evaluating feasibility of model. As a result, the study confirm that the numerical model of SOEC based on structured process of effectiveness evaluation makes performance prediction better.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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