$AB_2$ type Zr-based Laves phases alloys have been studied for potential application as a negative electrode in a Ni-MH battery. The $AB_2$-type electrodes have a much higher energy density than $AB_5$-type electrodes per weight, however they have some disadvantages such as poor activation behavior and cycle life etc. Nonetheless, the $AB_2$-type electrodes have been studied very extensively due to their high energy density. In this study, in order to develop the cycle life, the Mn of $AB_2$ alloy composition was substituted partially by Mo. The alloys were melted by arc furnace and remelted 4-5 times for homogeneity. The alloy powder was used below 200-325 mesh for experiments. The structures and phases of the alloys were analyzed by XRD, SEM and EDS, and measured the curve of a pressure-composition isotherms. The electrodes were prepared by cold pressing of the copper-coated(25 wt%) alloy powders, and tested by a half cell. The results are summarized as follows. The cycle life was improved with the increase of Mo amount in $Zr_{1-x}Ti_xV_{0.4}Ni_{1.2}Mn_{0.4}Mo_y$(x=0.3, 0.4) and the activation was faster, whereas the discharge capacity decreased.
Jeong, Hyung Mo;Shin, Weon Ho;Choi, Yoon Jeong;Kang, Jeung Ku;Choi, Jang Wook
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2010.11a
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pp.163.2-163.2
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2010
We developed a simple method to synthesis a nitrogen doped graphene, nitrogen plasma treated graphene (NPG) sheets thought nitrogen plasma etching of graphene oxide (GO). X-ray photo electron spectroscopy (XPS) study of NPG sheets treated at various plasma conditions reveal that N-doping is classified to 3 kinds of binding configurations. The nitrogen doping concentration is at least 1.5 at % and up to 3 at% with changing of ratio of nitrogen configuration in NPG. Our group demonstrate ultracapacitor with high capacity and extremely durable using a NPG sheets that are comparable to pristine graphene supercapacitor, and pseudocapacitor using polymer and metal oxide with redox reaction, capacitance that are three-times higher, and a cycle life that are extremely stable. We also realized flexible capacitor by using the paper electrode that are coated by NPG sheets. NPG paper capacitor presented almost same performance compare with NPG on a metal substrate, and durability is much more enhanced than that. To additionally explain that how different kind of atoms in graphene layers can act as the ion absorption sites, we simulated the binding energy between nitrogen in graphene layer and ions in electrolyte. Increasing the energy density and long cycle life of ultracapacitor will enable them to compete with batteries and conventional capacitors in number of applications.
Growing interest in $CO_2$ capturing from industrial processes and storage in underground formations is emerging from commitments in reducing $CO_2$ emissions manifested in the Kyoto Protocol. In this paper, $CO_2$ liquefaction system is treated in focus of liquefaction efficiency & production rate. Presently $CO_2$ is transported in ships or trucks at a pressure of 14-20 bar. Considering this, the liquefaction pressures of 20, 15, 6.5 bar are selected. Compressor work and cooling capacity are calculated and compared. In order to investigate the effect of intercooling, the compressed gas after compressor work is cooled by ambient air or seawater. In case of applying the intercooling to the system, consuming energy can be saved larger than 20%. In the lower liquefaction pressure, the more $CO_2$ can be obtained due to higher density. In the liquefaction pressure of 6.5 bar, its $CO_2$ production is about 35% higher than that of the system with the liquefaction pressure, 20 bar.
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.
Seong, Min Ji;Manivannan, Shanmugam;Kim, Kyuwon;Yim, Taeeun
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.12
no.4
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pp.453-457
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2021
Lithium-sulfur (Li-S) batteries are one of attractive energy conversion and storage system based on high theoretical specific capacity and energy density with low costs. However, volatile nature of elemental sulfur is one of critical problem for their practical acceptance in industry because it considerably affects electrode uniformity during electrode manufacturing. In this work, polymeric sulfur composite consisting of ionic liquid (IL) are suggested to reduce volatility nature of elemental sulfur, resulting in better processibility of the Li-S cell. According to systematic spectroscopic analysis, it is found that polymeric sulfur is consisting of repeating units combining with elemental sulfur and volatility of them is negligible even at high temperature. In addition, the IL-embedded polymeric sulfur shows moderate cycle performance compared to the cell with elemental sulfur. From these results, it is found that the IL-embedded polymeric sulfur composite is applicable cathode candidate for the Li-S cell based on their excellent non-volatility as well as their superior electrochemical performance.
Since the lack of the spent fuel storage capcity has been expected for all Korean nuclear power plants in the mid-1990s, the maximum density rack (MDR) with consolidated fuels can be proposed to overcome the shortage of the storage capacity in KNU 9 & 10 which have most limited capacities. To ensure the safety when the alternatives are applied in the KNU 9 & 10, the multiplication factor are calculated with varying the rack pitch and the thickness of consolidated storage box by the AMPX-KENO IV codes. The computing system is verified by the benchmark calculation with criticality experiments for arrays of consolidated fuel modules, which was reported by B & W in 1981. Also an abnormal condition, i.e. malposition accident, is simulated. The results indicate that the KNU 9 & 10 storage pools with consolidated fuel are safe in the view of the criticality. Thus the storage capacity can be expanded from 9/3 cores into 27/3 cores even with considering equipments and cooling spaces.
The purpose of this study is to find the optimal conditions of PCM slurry manufacturing equipment for saving the marketing cost and keeping the original quality of products. In addition, the characteristics of the movable container for shipping or distributing products is analysed. The major results are as follows. 1. PCM thermal storage system is designed with the conditions of temperature($-5{\sim}10^{\circ}C$), cold chain time(30 minutes), and one time usage(50 liter). This system includes tank, freezer, circulating pump, cycle type heat exchanger, swelling tank, equipment of supplying PCM supplying unit includes cold tank, cycle type heat exchanger, suction unit and control equipments, etc. 2. After ability test of PCM thermal storage system, it shows that the required freezing time of PCM thermal storage system is less than one of the previous system. The reason is that churn (top and bottom) and compulsion circulation are occurred simultaneously and unit cooler type method is better than chiller type method. 3. By the experiment of transportation latent heat container, it is decided that the best container is $K_1$ with latent heat temperature($0{\sim}5^{\circ}C$) and density(0.15%). However, for $K_l\;and\;K_2$, it is necessary more studies on latent heat thermal conditions and conditions of making method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.12
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pp.777-784
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2016
All-vanadium redox flow batteries (VRFBs) are used as energy storage systems for multiple intermittent power sources. The performance of the VRFBs depends on the materials and operating conditions. Hence, performance characterization is of great importance in the development of the VRFBs. This paper proposes a method for determining the maximum current density based on stoichiometric ratios. A laboratory-scaled VRFB with a projected electrode area of $25cm^2$ is electrically charged when the state of the charge has begun from 0.6. The operating conditions, such as current density and volumetric flow rate are important in the test, and the maximum current density is influenced by the mass transfer coefficient. The results show that increasing the electrolyte flow rate from 5 mL/min to 60 mL/min enhances the maximum current density up to $520mA/cm^2$.
A graphene electrode with a novel in-plane structure is proposed and successfully adopted for use in supercapacitor applications. The in-plane structure allows electrolyte ions to interact with all the graphene layers in the electrode, thereby maximizing the utilization of the electrochemical surface area. This novel structure contrasts with the conventional out-of-plane stacked structure of such supercapacitors. We herein compare the volumetric capacitances of in-plane- and out-of-plane-structured devices with reduced multi-layer graphene oxide films as electrodes. The in-plane-structured device exhibits a capacitance 2.5 times higher (i.e., $327F\;cm^{-3}$) than that of the out-of-plane-structured device, in addition to an energy density of $11.4mWh\;cm^{-3}$, which is higher than that of lithium-ion thin-film batteries and is the highest among in-plane-structured ultra-small graphene-based supercapacitors reported to date. Therefore, this study demonstrates the potential of in-plane-structured supercapacitors with high volumetric performances as ultra-small energy storage devices.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.58
no.4
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pp.225-233
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2021
Conventional submarine propulsion batteries have mainly used lead acid batteries, which have proved relatively safe, but in recent years, research on mounting lithium-ion batteries to improve the underwater operation capability of submarines is underway in advanced countries such as Japan. Korea has world-class technology in the development of electric vehicles and lithium-ion batteries for energy storage, but fire safety accidents continue to occur in electric vehicles and energy storage lithium-ion batteries. In order to mount the lithium-ion battery in a submarine, it is necessary to check the safety as well as whether the performance is improved compared to the lead acid battery. Through the charge/discharge experiment of this lithium-ion battery module unit, it was possible to measure how much performance was improved compared to the lead acid battery. Safety tests were conducted on the lithium-ion battery module assuming that it was mounted on a submarine, and it was confirmed that safety was secured when applied to a submarine. Since many modules are mounted on actual submarines, it has been confirmed that it can be applied to submarine systems by simulating charge/discharge characteristics through Hardware-in-the Loop(HILS). Through the results of this study, the application of lithium-ion batteries to submarines is expected to significantly improve the sustainability of underwater operations.
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