With increasing interest in flexible electronic devices and wearable appliances, flexible lithium ion batteries are the most attractive candidates for flexible energy sources. During the last decade, many different kinds of flexible batteries have been reported. Although research of flexible lithium ion batteries is in its earlier stages, we have found that developing components that satisfy performance conditions under external deformation stress is a critical key to the success of flexible energy sources. Among the major components of the lithium ion battery, electrodes, which are connected to the current collectors, are gaining the most attention owing to their rigid and brittle character. In this mini review, we discuss candidate materials for current collectors and the previous strategies implemented for flexible electrode fabrication.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.10a
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pp.5-5
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2011
Lithium ion batteries are found to have wide range of applications in variety of mobile devices ranging from simple toys to electric vehicles. The performance of these batteries depends on the choice of constituent materials. In this lecture, the materials aspects and perspectives of the electrode batteries will be discussed. Results from some of the specific studies made at speaker's laboratory will be presented.
Lithium is a highly attractive material for high-energy-concentration batteries, since it has low weight and high potential. Rechargeable lithium-ion batteries (LIBs), which have the extremely high gravimetric and volumetric energy densities, are currently the most preferable power sources for future electric vehicles and various portable electronic devices. In order to improve the efficiency and lifetime, new electrode compounds for lithium intercalation or insertion have been investigated for rechargeable batteries. Solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) is a very useful tool to investigate the structural changes in electrode materials in actual working lithium-ion batteries. To detect the in-situ microstructural changes of electrode and electrolyte materials, $^7Li-^{19}F$ double-resonance solid-state NMR probe with a static solenoidal coil for a 600-MHz narrow-bore magnet was designed, constructed, and tested successfully.
Nowadays, lithium-ion battery has become more popular around the world. Knowing when batteries reach their end of life (EOL) is crucial. Accurately predicting the remaining useful life (RUL) of lithium-ion batteries is needed for battery health management systems and to avoid unexpected accidents. It gives information about the battery status and when we should replace the battery. With the rapid growth of machine learning and deep learning, data-driven approaches are proposed to address this problem. Extracting aging information from battery charge/discharge records, including voltage, current, and temperature, can determine the battery state and predict battery RUL. In this work, we first outlined the charging and discharging processes of lithium-ion batteries. We then summarize the proposed techniques and achievements in all published data-driven RUL prediction studies. From that, we give a discussion about the accomplishments and remaining works with the corresponding challenges in order to provide a direction for further research in this area.
International Journal of Advanced Culture Technology
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v.12
no.3
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pp.466-470
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2024
This study proposes a deep learning-based LSTM model to predict the state of charge (SOC) of lithium-ion batteries. The model was trained using data collected under various temperature and load conditions, including measurement data from the CS2 lithium-ion battery provided by the University of Maryland College of Engineering. The LSTM model effectively models temporal patterns in the data by learning long-term dependencies. Performance evaluation by epoch showed that the predicted SOC improved from 14.8400 at epoch 10 to 12.4968 at epoch 60, approaching the actual SOC value of 13.5441. The mean absolute error (MAE) and root mean squared error (RMSE) also decreased from 0.9185 and 1.3009 at epoch 10 to 0.2333 and 0.5682 at epoch 60, respectively, indicating continuous improvement in predictive performance. This study demonstrates the validity of the LSTM model for predicting the SOC of lithium-ion batteries and its potential to enhance battery management systems.
The thermal runaway phenomenon in lithium-ion batteries hinders their large-scale application and leads to safety issues, including smoke, fire, and explosion. Therefore, early warning systems must be employed rapidly and reliably to ensure user safety, with methods for detecting gases such as hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbons-all indicators of the thermal runaway process-considered a promising approach. In particular, metal-oxide-semiconductor-based gas sensors can be used to monitor target gases owing to their high response, fast response, and facile integration. In this paper, we review various strategies for enhancing the performance of metal-oxide-semiconductor-based gas sensors, including nanostructure design, catalyst loading, and composite design. Future perspectives on employing metal-oxide-semiconductor-based gas sensors to monitor thermal runaway in lithium-ion batteries are also discussed.
Proceedings of the Polymer Society of Korea Conference
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2006.10a
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pp.69-70
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2006
In lithium-ion batteries, separator membrane's, main role is to physically isolate a cathode and an anode while maintaining rapid transport of ionic charge carriers during the passage of electric current. As far as battery safety is concerned, the electrical isolation of electrodes is most crucial since unexpected short-circuits across the membrane induces hot spots where thermal runaway may break out. Internal short-circuits are generally believed to occur by protrusions on the electrode surface either by unavoidable deposits of metallic impurities or by dendritic lithium growth during battery operation. Another cause is shrinkage of the separator membrane when exposed to heat. If separator membrane can be engineered to prevent the internal short-circuit, it will not be difficult to improve lithium-ion batteries' safety. Commonly the separators employed in lithium-ion batteries are made of polyethylene (PE) and/or polypropylene (PP). These materials have terrible limitations in preventing the fore-mentioned internal short-circuit between electrodes due to their poor dimensional stability and mechanical strength. In this study we have developed a novel separator membrane that possesses very high thermal and mechanical stability. The cells employing this separator provided noticeable safety improvement in the various abuse tests.
With the convergence of the information and communication technologies, a new age of technological civilization has arrived. This is the age of intelligent revolution, known as the 4th industrial revolution. The 4th industrial revolution is based on technological innovations, such as robots, big data analysis, artificial intelligence, and unmanned transportation facilities. This revolution would interconnect all the people, things, and economy, and hence will lead to the expansion of the industry. A high-density, high-capacity energy technology is required to maintain this interconnection. As a next-generation energy source, lithium-ion batteries are in the spotlight today. However, lithium-ion batteries can cause thermal runaway and fire because of electrical, thermal, and mechanical abuse. In this study, thermal runaway was induced in 72.5 Ah NCM pouch-type lithium-ion batteries because of thermal abuse. The surface of the pouch-type lithium-ion batteries was heated by the hot plate heating method, and the effect of the rate of increase in the surface temperature on the thermal runaway trigger time was analyzed using Minitab 19, a statistical analysis program. The correlation analysis results confirmed that there existed a strong negative relationship between each variable, while the regression analysis demonstrated that the thermal runaway trigger time of lithium-ion batteries can be predicted from the rate of increase in their surface temperature.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.12
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pp.21-27
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2020
Lithium-ion batteries are the heart of energy-storing devices and electric vehicles. Owing to their superior qualities, such as high capacity and energy efficiency, they have become quite popular, resulting in an increased demand for failure/damage prevention and useable life maximization. To prevent failure in Lithium-ion batteries, improve their reliability, and ensure productivity, prognosticative measures such as condition monitoring through sensors, condition assessment for failure detection, and remaining useful life prediction through data-driven prognostics and health management approaches have become important topics for research. In this study, the residual useful life of Lithium-ion batteries was predicted using two efficient artificial recurrent neural networks-ong short-term memory (LSTM) and gated recurrent unit (GRU). The proposed approaches were compared for prognostics accuracy and cost-efficiency. It was determined that LSTM showed slightly higher accuracy, whereas GRUs have a computational advantage.
There is ongoing research to develop lithium ion batteries as sustainable energy sources. Because of safety problems, solid state batteries, where electrolytes are replaced with solids, are attracting attention. Sulfide electrolytes, with a high ion conductivity of 10-3 S/cm or more, have the highest potential performance, but the price of the main materials is high. This study investigated lithium hydride materials, which offer economic advantages and low density. To analyze the change in ion conductivity in polymer electrolyte composites, PVDF, a representative polymer substance was used at a certain mass ratio. XRD, SEM, and BET were performed for metallurgical analyses of the materials, and ion conductivity was calculated through the EIS method. In addition, thermal conductivity was measured to analyze thermal stability, which is a major parameter of lithium ion batteries. As a result, the ion conductivity of LiH was found to be 10-6 S/cm, and the ion conductivity further decreased as the PVDF ratio increased when the composite was formed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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