Duyoung Kwon;Hien Van Pham;Pungkeun Song;Sungmo Moon
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.14
no.4
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pp.311-319
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2023
This work was performed to characterize the electrochemical behavior of AZ31 Mg alloy in neutral aqueous solutions where Cl-, SO42-, PO43-, and F- ions were present and pH was adjusted to 6 to exclude the contribution of H+ and OH- ions. Open-circuit potential (OCP) transient, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potnetiodynamic polarization curves were employed. The OCP value appeared to decrease in the order of F- > Cl- > SO42- > PO43- ions while corrosion current density increased in the same order. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) data showed two capacitive arcs in all the solutions and one more inductive arc appeared in PO43--containing solution. By fitting of two capacitive arcs, capacitance of dense film (Cdf), resistance of porous film (Rpf) and double layer capacitance (Cdl) and charge transfer resistance (Rct) beneath the porous films were obtained. A simplified model in which various thicknesses and coverages of dense and porous films are assumed to be present on the AZ31 Mg alloy surface, is suggested to explain the effects of four different anions on the electrochemical behavior of AZ31 Mg alloy.
Electric double layer capacitors (EDLC: electric double layer capacitors) have drew attention as an energy storage device for the next generation because of their outstanding power capability and durability. But their usage is somewhat limited due to low energy density over secondary batteries. One of methods to improve the energy of EDLC is expanding the voltage window of cell operation by increasing the charge cut-off voltage. In this study, $SBP-BF_4$ (spirobipyrrolidinium tetrafluoroborate), $TEA-BF_4$ (tetraethylammonium tetraflouroborate) and $EMI-BF_4$ (1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) in AN (acetonitrile) were selected to evaluate the possibility of application at high voltage environment. The LSV (linear sweep voltammetry) measurements showed that the 1.5M SBP-BF4/AN electrolyte was stable over a wide potential window and showed the best electrochemical performance compared to other combinations of electrolytes at high voltage environments (over 3.0 V). Furthermore, TMSP (tris(trimethylsilyl) phosphite) was applied to 1.5M SBP-BF4/AN in order to maintain stable performance at high voltage for the long period of time. The electrolyte with TMSP additive showed the capacity retention of 93% after 10,000 cycles at 3.3 V.
Park, Byung-jun;Yoo, SeonMi;Yang, SeongEun;Han, SangChul;No, TaeMoo;Lee, Young Hee;Han, YoungHee
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.5
no.3
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pp.209-213
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2019
Recently, demand for high energy density and long cycling stability of energy storage system has increased for application using with frequency regulation (F/R) in power grid. Supercapacitor have long lifetime and high charge and discharge rate, it is very adaptable to apply a frequency regulation in power grid. Supercapacitor can complement batteries to reduce the size and installation of batteries. Because their utilization in a system can potentially eliminate the need for short-term frequent replacement as required by batteries, hence, saving the resources invested in the upkeep of the whole system or extension of lifecycle of batteries in the long run of power grid. However, low energy density in supercapacitor is critical weakness to utilization for huge energy storage system of power grid. So, it is still far from being able to replace batteries and struggle in meeting the demand for a high energy density. But, today, LIC (Lithium Ion Capacitor) considered as an attractive structure to improve energy density much more than EDLC (Electric double layer capacitor) because LIC has high voltage range up to 3.8 V. But, many aspects of the electrochemical performance of LIC still need to be examined closely in order to apply for commercial use. In this study, in order to improve the capacitance of LIC related with energy density, we designed new method of pre-doping in anode electrode. The electrode in cathode were fabricated in dry room which has a relative humidity under 0.1% and constant electrode thickness over $100{\mu}m$ was manufactured for stable mechanical strength and anode doping. To minimize of contact resistance, fabricated electrode was conducted hot compression process from room temperature to $65^{\circ}C$. We designed various pre-doping method for LIC structure and analyzing the doping mechanism issues. Finally, we suggest new pre-doping method to improve the capacitance and electrochemical stability for LIC.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.298-298
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2013
Finding renewable and clean energy resources is essential research to solve global warming and depletion of fossil fuels in modern society. Recently, complex harvesting of energy from multiple sources is available in our living environments using a single device has become highly desirable, representing a new trend in energy technologies. We report that when simultaneously driving the fusion and composite cells of two or more types, it is possible to make an affect the other cells to obtain a greater synergistic effect. To understand the coupling effect of photovoltaic and piezoelectric device, we fabricate the serially integrated hybrid cell (s-HC) based on organic solar cell (OSC) and piezoelectric nanogenerator (PNG). The size of increased voltage peaks when OSC and PNG are working on is larger than the case when only PNG is working. This voltage difference is the Voc change of OSC, not the voltage change of PNG and current density difference between these two cases is manifested more clearly. When the OSC and PNG are working in s-HC at the same time, piezoelectric potential (VPNG) is generated in ZnO and theoretical total voltage is sum of voltage of an OSC (VOSC) and VPNG. However, electrons from OSC are influenced by piezoelectric potential in ZnO and current loss of OSC in whole circuit decreases. As a result, VOSC increases temporarily. Current shows the similar behavior. PNG acts a resistance in the whole circuit and current loss occurs when the electrons from OSC pass through the PNG. But piezoelectric potential recover current loss and decrease the resistance of PNG. Our PNG can maintain piezoelectric potential when the strain is held owing to the LDH layer while general PNG cannot maintain piezoelectric potential. During the section that strain is held, voltage enhancement effect is maintained and same effect appeared even turn off the light. Actually at this time, electrons in ZnO nanosheets move to LDH and trapped by the positive charges in this layer. After this strain is held, piezoelectric potential of ZnO nanosheets is disappeared but potential difference which is developed by negative charge dominant LDH layer is remained. This potential acts similar role like piezoelectric potential in ZnO. Electrons from the OSC also are influenced by this potential and the more current flows.
The pristine fluorine-doped $SnO_2$ (abbreviated as FTO) inverse opal (IO) was developed using a 410 nm polystyrene bead template. The nanolayered copper tungsten oxide ($CuWO_4$) was decorated on the FTO IO film using a facile electrochemical deposition, subsequently followed by annealing at $500^{\circ}C$ for 90 min. The morphologies, crystalline structure, optical properties and photoelectrochemical characteristics of the FTO and $CuWO_4$-decorated FTO (briefly denoted as $FTO/CuWO_4$) IO film were investigated by field emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction, UV-vis spectroscopy and electrochemical impedance spectroscopy, showing FTO IO in the hexagonally closed-pack arrangement with a pore diameter and wall thickness of about 300 nm and 20 nm, respectively. Above this film, the $CuWO_4$ was electrodeposited by controlling the cycling number in cyclic voltammetry, suggesting that the $CuWO_4$ formed during 4 cycles (abbreviated as $CuWO_4$(4 cycles)) on FTO IO film exhibited partial distribution of $CuWO_4$ nanoparticles. Additional distribution of $CuWO_4$ nanoparticles was observed in the case of $FTO/CuWO_4$(8 cycles) IO film. The $CuWO_4$ layer exhibits triclinic structure with an indirect band gap of approximately 2.5 eV and shows the enhanced visible light absorption. The photoelectrochemical (PEC) behavior was evaluated in the 0.5 M $Na_2SO_4$ solution under solar illumination, suggesting that the $FTO/CuWO_4$(4 cycles) IO films exhibit a photocurrent density ($J_{sc}$) of $0.42mA/cm^2$ at 1.23 V vs. reversible hydrogen electrode (RHE, denoted as $V_{RHE}$), while the FTO IO and $FTO/CuWO_4$(8 cycles) IO films exhibited a $J_{sc}$ of 0.14 and $0.24mA/cm^2$ at $1.23V_{RHE}$, respectively. This difference can be explained by the increased visible light absorption by the $CuWO_4$ layer and the favorable charge separation/transfer event in the cascading band alignment between FTO and $CuWO_4$ layer, enhancing the overall PEC performance.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2009.06a
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pp.23-23
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2009
GaN-based nitride semiconductors have attracted considerable attention in high-brightness light-emitting-diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) covering from green to ultraviolet spectral range. LED and LD heterostructures are usually grown on (0001)-$Al_2O_3$. The large lattice mismatch between $Al_2O_3$ substrates and the GaN layers leads to a high density of defects(dislocations and stacking faults). Moreover, Ga and N atoms are arranged along the polar [0001] crystallographic direction, which leads to spontaneous polarization. In addition, in the InGaN/GaN MQWs heterostructures, stress applied along the same axis can also give rise to piezoelectric polarization. The total polarization, which is the sum of spontaneous and piezoelectric polarizations, is aligned along the [0001] direction of the wurtzite heterostructures. The change in the total polarization across the heterolayers results in high interface charge densities and spatial separation of the electron and hole wave functions, redshifting the photoluminescence peak and decreasing the peak intensity. The effect of polarization charges in the GaN-based heterostructures can be eliminated by growing along the non-polar [$11\bar{2}0$] (a-axis) or [$1\bar{1}00$] (m-axis) orientation instead of thecommonly used polar [0001] (c-axis). For non-polar GaN growth on non-polar substrates, the GaN films have high density of planar defects (basal stacking fault BSFs, prismatic stacking fault PSFs), because the SFs are formed on the basal plane (c-plane) due to their low formation energy. A significant reduction in defect density was recently achieved by applying blocking layer such as SiN, AlN, and AlGaN in non-polar GaN. In this work, we were performed systematic studies of the defects in the nonpolar GaN by conventional and high-resolution transmission electron microscopy.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.392.1-392.1
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2016
Nowadays, research interest in developing the wearable devices are growing remarkably. Portable consumer electronic systems are becoming lightweight, flexible and even wearable. In fact, wearable electronics require energy storage device with thin, foldable, stretchable and conformable properties. Accordingly, developing the flexible energy storage devices with desirable abilities has become the main focus of research area. Among various energy storage devices, supercapacitors have been considered as an attractive next generation energy storage device owing to their advantageous properties of high power density, rapid charge-discharge rate, long-cycle life and high safety. The energy being stored in pseudocapacitors is relatively higher compared to the electrochemical double-layer capacitors, which is due to the continuous redox reactions generated in the electrode materials of pseudocapacitors. Generally, transition metal oxides/hydroxide (such as $Co_3O_4$, $Ni(OH)_2$, $NiFe_2O_4$, $MnO_2$, $CoWO_4$, $NiWO_4$, etc.) with controlled nanostructures (NSs) are used as electrode materials to improve energy storage properties in pseudocapacitors. Therefore, different growth methods have been used to synthesize these NSs. Of various growth methods, electrochemical deposition is considered to be a simple and low-cost method to facilely integrate the various NSs on conductive electrodes. Herein, we synthesized amorphous $NiWO_4$ NSs on cost-effective conductive textiles by a facile electrochemical deposition. The as-grown amorphous $NiWO_4$ NSs served as a flexible and efficient electrode for energy storage applications.
Rejection of ionic solutes by reverse osmosis (RO) and nanofiltration (NF) membranes is controlled mainly by electrochemical interaction as well as pore size, but it is very difficult to directly evaluate such electrochemical interaction. In this work, we used an inverse HPLC method to investigate the interaction between ionic solutes and poly (m- phenylenediaminetrimesoyl) (PPT), a polymer similar to the skin layer of polyamide RO and NF membranes. Silica gel particles coated with PPT were used as the stationary phase, and aqueous solutions of the ionic solutes were used as the mobile phase. Chromatographs obtained for the ionic solutes showed features typical of exclusion chromatographs: the ionic solutes were eluted faster than water (mobile phase), and the exclusion intensity of the ionic solute decreased with increasing solute concentration, asymptotically approaching a minimum value. The charge density of PPT was estimated to be ca. 0.007 mol/L. On the basis of minimum exclusion intensity, the exclusion distances between a salt and neutralized PPT was examined, and the following average values were obtained: 0.49 nm for 1:1 salts, 0.57 nm for 2:1 salts, 0.60 nm for 1:2 salts, and 0.66 nm for 2:2 salts. However, $NaAsO_2$ and $H_3BO_3$, which are dissolved at neutral pH in their undissociated forms, were not excluded.
In this investigation corrosion behavior of newly developed high-pressure die cast Al-Ni (N15) and Al-Ni-Ca (NX1503) alloys was studied in 3.5% NaCl solution. The electrochemical corrosion behavior was evaluated using open circuit potential (OCP) measurement, potentiodynamic polarization, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques. Potentiodynamic polarization results validated that NX1503 alloy exhibited lower corrosion current density ($i_{corr}$) value ($5.969{\mu}A/cm^2$) compared to N15 ($7.387{\mu}A/cm^2$). EIS-Bode plots revealed a higher impedance (${\mid}Z{\mid}$) value and maximum phase angle value for NX1503 than N15 alloy. Equivalent circuit curve fitting analysis revealed that surface layer ($R_1$) and charge transfer resistance ($R_{ct}$) values of NX1503 alloy was higher compared to N15 alloy. Immersion corrosion studies were also conducted for alloys using fishing line specimen arrangement to simultaneously measure corrosion rates from weight loss ($P_W$) and hydrogen volume ($P_H$) after 72 hours and NX1503 alloy had lower corrosion rate compared to N15 alloy. The addition of Ca to N15 alloy significantly reduced the Al3Ni intermetallic phase and further grain refinement may be attributed for reduction in the corrosion rate.
Electroluminescent(EL) devices based on organic materials have been of great interest due to their possible applications for large-area flat-panel displays. They are attractive because of their capability of multicolor emission, and low operation voltage. In this study, glass substrate/ITO/TPD/$Eu(TTA)_3(phen)/Alq_3/Al$ structures were fabricated by evaporation method, where aromatic diamine(TPD) were used as a hole transporting material, $Eu(TTA)_3(phen)$ as an emitting material, and tris(8-hydroxyquinoline)Aluminum ($Alq_3$) as an electron transporting layer. Electroluminescent(EL) and I-V characteristics of $Eu(TTA)_3(phen)$ with a variety thickness was investigated. This structure shows the red EL spectrum, which is almost the same as the PL spectrum of $Eu(TTA)_3(phen)$. I-V characteristics of this structure show that turn-on voltage was 9V and current density of $0.01A/cm^2$ at a dc drive voltage of 9V. Details on the explanation of electrical transport phenomena of these structures with I-V characteristics using the trapped-charge-limited current model will be discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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