The SCBFC was composed of bilayered cathode, the outside of which was modified with $Fe^{3+}$ (graphite-Fe(III) cathode) and the inside of which was porcelain membrane, and of an anode which was modified with $Mn^{4+}$ (graphiteMn(lV) anode). The graphite-Fe(III), graphite-Mn(IV), and porcelain membrane were designed to have micropores. The outside of the cathode was exposed to the atmosphere and the inside was contacted with porcelain membrane. In all SCBFCS the graphite-Fe(III) was used as a cathode, and graphite-Mn(IV) and normal graphite were used as anodes, for comparison of the function between normal graphite and graphite-Mn(IV) anode. The potential difference between graphite-Mn(IV) anode and graphite-Fe(III) cathode was about 0.3 volt, which is the source for the electron driving force from anode to cathode. In chemical fuel cells composed of the graphite-Mn(IV) anode and graphite-Fe(III) cathode, a current of maximal 13 mA was produced coupled to oxidation of NADH to $NAD^{+}$ the current was not produced in SCBFC with normal graphite anode. When growing and resting cells of E. coli were applied to the SCBFC with graphite-Mn(IV) anode, the electricity production and substrate consumption were 6 to 7 times higher than in the SCBFC with normal graphite anode, and when we applied anaerobic sewage sludge to SCBFC with graphite-Mn(IV) anode, the electricity production and substrate consumption were 3 to 5 times higher than in the SCBFC with normal graphite anode. These results suggest that useful electric energy might possibly be produced from SCBFC without electron mediators, electrode-active bacteria, and extra energy consumption for the aeration of catholyte, but with wastewater as a fuel.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.11
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pp.2026-2031
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2010
The electrical characteristics of galvanic cell which is composed of the cathode electrode(graphite, carbon and copper) and the anode electrode(Zn and Mg) were investigated. For this research as electrolyte 2~12 wt% NaCl aqueous solution were used. At graphite cathode electrodes which use Zn and Mg with the anode electrode, the open circuit voltage was 1.3V most highly. The maximum output power increased as the electrolyte concentration increased, due to a increase in ion density. When Zn and Mg with the anode electrode, the maximum output power respectively was evaluated as 2.2mW and 5.5mW about the graphite cathode electrode in the NaCl 4wt%. The research results indicated that the output power of cell which is composed with graphite with the cathode and Mg with the anode was most excellent and the efficiency of the cell could be enhanced by increasing the electrolyte concentration.
Kim, Jaeram;Kwak, Sehyun;Pham, Hieu Quang;Jo, Hyuntak;Jeon, Do-Man;Yang, A-Reum;Song, Seung-Wan
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.13
no.2
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pp.269-278
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2022
Utilization of high-voltage electrolyte additive(s) at a small fraction is a cost-effective strategy for a good solid electrolyte interphase (SEI) formation and performance improvement of a lithium-rich layered oxide-based high-energy lithium-ion cell by avoiding the occurrence of metal-dissolution that is one of the failure modes. To mitigate metal-dissolution, we explored fluorinated dual-additives of fluoroethylene carbonate (FEC) and di(2,2,2-trifluoroethyl)carbonate (DFDEC) for building-up of a good SEI in a 4.7 V full-cell that consists of high-capacity silicon-graphite composite (15 wt% Si/C/CF/C-graphite) anode and Li1.13Mn0.463Ni0.203Co0.203O2 (LMNC) cathode. The full-cell including optimum fractions of dual-additives shows increased capacity to 228 mAhg-1 at 0.2C and improved performance from the one in the base electrolyte. Surface analysis results find that the SEI stabilization of LMNC cathode induced by dual-additives leads to a suppression of soluble Mn2+-O formation at cathode surface, mitigating metal-dissolution event and crack formation as well as structural degradation. The SEI and structure of Si/C/CF/C-graphite anode is also stabilized by the effects of dual-additives, contributing to performance improvement. The data give insight into a basic understanding of cathode-electrolyte and anode-electrolyte interfacial processes and cathode-anode interaction that are critical factors affecting full-cell performance.
For the RhB removal from the wastewater, electrochemical method was adapted to this study. Three dimensionally stable anode (Pt, Ir and Ru) and graphite and Ru cathode were used. In order to identify decolorization, the effects of electrode, current density, electrolyte and air flow rate were investigated. The effects of electrode material, current, electrolyte concentration and air flow rate were investigated on the decolorization of RhB. Electro-Fenton's reaction was evaluated by added $Fe^{2+}$ and $H_2O_2$ generated by the graphite cathode. Performance for RhB decolorization of the four electrode systems lay in: Ru-graphite > Ru-Ru > Ir-graphite > Pt-graphite. A complete color removal was obtained for RhB (30 mg/L) at the end of 30 min of electrolysis under optimum operations of 2 g/L NaCl concentration and 2 A current. $Fe^{2+}$ addition increased initial reaction and decreased final RhB concentration. However the effect was not high.
Enzyme fuel cells were composed of enzyme cathode and PEMFC anode. Enzyme cathode was fabricated by compression of a mixture of graphite particle, laccase as a enzyme and ABTS as a redox mediator, and then coated with Nafion ionomer. Open circuit voltage (OCV) were measured with variation of cathode manufacture factors, to find optimum condition of enzyme cathode. Optimum pressure was 4.0 bar for enzyme cathode pressing process. Highest OCV was obtained at 95% graphite composition in enzyme cathodee. Optimum glucose concentration was 0.4 mol/l in cathode substrate solution.
Oxygen diffuses through the cation-specific membrane, reducing the coulomb yield of the fuel cell. In the present study, attempts were made to enhance current generation from the fuel cell by lowering the oxygen diffusion, including the uses of ferricyanide as a cathode mediator and of a platinum-coated graphite electrode. Ferricyanide did not act as a mediator as expected, but as an oxidant in the cathode compartment of the microbial fuel cell. The microbial fuel cell with platinum-coated graphite cathode generated a maximum current 3-4 times higher than the control fuel cell with graphite cathode, and the critical oxygen concentration of the former was 2.0 mg $1^{-1}$, whilst that of the latter was 6.6 mg $1^{-1}$. Based on these results, it was concluded that inexpensive electrodes are adequate for the construction of an economically feasible microbial fuel cell with better performance as a novel wastewater treatment process.
Zinc-ion Batteris (ZIBs) are recently being considered as energy storage devices due to their high specific capacity and high safety, and the abundance of zinc sources. Especially, ZIBs can overcome the drawbacks of conventional lithium ion batteris (LIBs), such as cost and safety issues. However, in spite of their advantages, the cathode materials under development are required to improve performance of ZIBs, because the capacity and cycling stability of ZIBs are mainly influenced by the cathode materials. To design optimized cathode materials for high performance ZIBs, a novel manganese oxide (MnO2) coated graphite sheet is suggested herein with improved zinc-ion diffusion capability thanks to the uniformly decorated MnO2 on the graphite sheet surface. Especially, to optimize MnO2 on the graphite sheet surface, amounts of percursors are regulated. The optimized MnO2 coated graphite sheet shows a superior zinc-ion diffusion ability and good electrochemical performance, including high specific capacity of 330.8 mAh g-1 at current density of 0.1 A g-1, high-rate performance with 109.4 mAh g-1 at a current density of 2.0 A g-1, and remarkable cycling stability (82.2 % after 200 cycles at a current density of 1.0 A g-1). The excellent electrochemical performance is due to the uniformly decorated MnO2 on the graphite sheet surface, which leads to excellent zinc-ion diffusion ability. Thus, our study can provide a promising strategy for high performance next-generation ZIBs in the near future.
We developed new FED cathode film material that has catalysis function for graphite nano fiber. Using the cathode film with catalyst, we can simplify the FED process. It is composed of Cr, Fe-Ni catalyst. Fabricating FED panel with the film, we confirmed good emission performance of the panel.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.13
no.3
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pp.121-124
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2012
Olivine type $LiFePO_4$ cathode material was synthesized by solid-state reaction method including one-step heat treatment. To improve the electrochemical characteristics, graphite nanofiber (GNF) was added into $LiFePO_4$ cathode material. The structure and morphological performance of $LiFePO_4$ were investigated by X-ray diffraction (XRD); and a field emission-scanning electron microscope (FE-SEM). The synthesized $LiFePO_4$ has an olivine structure with no impurity, and the average particle size of $LiFePO_4$ is about 200~300 nm. With graphite nanofiber added, the discharge capacity increased from 113.43 mAh/g to 155.63 mAh/g at a current density of 0.1 $mA/cm^2$. The resistance was also significantly decreased by the added graphite nanofiber.
The cathode reaction is one of the most seriously limiting factors in a microbial fuel cell (MFC). The critical dissolved oxygen (DO) concentration of a platinum-loaded graphite electrode was reported as 2.2 mg/l, about 10-fold higher than an aerobic bacterium. A series of MFCs were run with the cathode compartment inoculated with activated sludge (biotic) or not (abiotic) on platinum-loaded or bare graphite electrodes. At the beginning of the operation, the current values from MFCs with a biocathode and abiotic cathode were $2.3{\pm}0.1$ and $2.6{\pm}0.2mA$, respectively, at the air-saturated water supply in the cathode. The current from MFCs with an abiotic cathode did not change, but that of MFCs with a biotic cathode increased to 3.0 mA after 8 weeks. The coulomb efficiency was 59.6% in the MFCs with a biotic cathode, much higher than the value of 15.6% of the abiotic cathode. When the DO supply was reduced, the current from MFCs with an abiotic cathode decreased more sharply than in those with a biotic cathode. When the respiratory inhibitor azide was added to the catholyte, the current decreased in MFCs with a biotic cathode but did not change in MFCs with an abiotic cathode. The power density was higher in MFCs with a biotic cathode ($430W/m^3$ cathode compartment) than the abiotic cathode MFC ($257W/m^3$ cathode compartment). Electron microscopic observation revealed nanowire structures in biofilms that developed on both the anode and on the biocathode. These results show that an electron-consuming bacterial consortium can be used as a cathode catalyst to improve the cathode reaction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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