• 전력전자학회논문지
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• 제23권6호
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• pp.408-414
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• 2018

Given that lithium-ion batteries are expected to be used as power sources for electric and hybrid vehicles, thermodynamics experimentation and prediction based on experimental data were performed. Thermal, electrochemical, and electrochemical/electrical-thermal models were used for accurate battery modeling. Various applications of different battery packs were demonstrated, and thermal analysis was performed using the same experimental conditions for square and rectangular battery packs. Accurate thermal analysis for a single cell should be prioritized to determine the thermal behavior of the battery pack. The energy balance equation, which contains heat generation and heat transfer factors, defines the thermal behavior of the battery pack. By comparing battery packs of different shapes tested under the same condition, this study revealed that the rectangular battery pack is superior to the square battery pack in terms of the maximum temperature of inner cells and temperature variation between cells.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.547-552
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• 2019

Electrochemical properties of $LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4$ cathode were investigated with gel polymer electrolyte (GPE). To access fast and efficient transport of ions and electrons during the charge/discharge process, a pure and well-crystallized $LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4$ cathode material was directly synthesized via spray-pyrolysis method. For high operation voltage, polyacrylonitrile (PAN)-based gel polymer electrolyte was then prepared by electrospinning process. The gel polymer electrolyte showed high ionic conductivity of $2.9{\times}10^{-3}S\;cm^{-1}$ at $25^{\circ}C$ and good electrochemical stability. $Li/GEP/LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4$ cell delivered a discharge capacity of $159mAh\;g^{-1}$ at 0.1 C rate that was close to the theoretical value ($170mAh\;g^{-1}$). The cell allows stable cycle performance (99.3% capacity retention) with discharge capacity of $133.5mAh\;g^{-1}$ for over 300 cycles at 1 C rate and exhibits high rate-capability. PAN-based gel polymer is a suitable electrolyte for application in $LiMn_{0.8}Fe_{0.2}PO_4/Li$ batteries with perspective in high energy density and safety.

• 전력전자학회논문지
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• 제26권6호
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• pp.390-396
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• 2021

Lithium-ion batteries have been designed and used as battery packs with series and parallel combinations that are suitable for use. However, due to its internal electrochemical properties, producing the battery's condition at the same value is impossible for individual cells. In addition, the management of characteristic deviations between individual cells is essential for the safe and efficient use of batteries as aging progresses with the use of batteries. In this work, we propose a method to manage deviation properties and detect abnormal behavior in the configuration of a combined battery pack of these multiple battery cells. The proposed method can separate and detect probabilistic low-frequency information according to statistical information based on Z-score. The verification of the proposed algorithm was validated using experimental results from 10S3P battery packs, and the implemented algorithm based on Z-score was validated as a way to effectively manage multiple individual cell information.

• 한국토양비료학회지
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• 제46권4호
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• pp.260-269
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• 2013

Two single-crystals of fully dehydrated, partially $Li^+$-exchanged zeolites X (Si/Al = 1.09, crystal 1) and Y (Si/Al = 1.56, crystal 2), were prepared by flow method using 0.1 M $LiNO_3$ at 393 K for 48 h, respectively, followed by vacuum dehydration at 673 K and $1{\times}10^{-6}$ Torr. Their structures were determined by single-crystal X-ray diffraction techniques in the cubic space group $Fd\bar{3}$ and $Fd\bar{3}m$ at 100(1) K for crystals 1 and 2, respectively. They were refined to the final error indices $R_1/wR_2$ = 0.065/0.211 and 0.043/0.169 for crystals 1 and 2, respectively. In crystal 1, about 53 $Li^+$ ions per unit cell are found at three distinct positions; 9 at site I', 19 at another site I', and the remaining 25 at site II. The residual 25 $Na^+$ ions occupy three equipoints; 2 are at site I, 7 at site II, and 16 at site III'. In crystal 2, about 31 $Li^+$ ions per unit cell occupy sites I' and II with occupancies at 22 and 9, respectively; 3, 4, 23, and 3 $Na^+$ ions are found at sites I, I', II, and III', respectively. The extent of $Li^+$ ion exchange into zeolite X (crystal 1) is higher than that of zeolite Y (crystal 2), ca. 73% and 56% in crystals 1 and 2, respectively.

• 대한화학회지
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• 제57권1호
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• pp.12-19
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• 2013

The single-crystal structure of fully dehydrated partially $Li^+$-exchanged zeolite Y, ${\mid}Li_{50}Na_{25}{\mid}[Si_{117}Al_{75}O_{384}]$-FAU, was determined by single-crystal synchrotron X-ray diffraction techniques in the cubic space group $Fd\bar{3}m$ at 100(1) K. Ion exchange was accomplished by flowing stream of 0.1 M aqueous $LiNO_3$ for 2 days at 293 K, followed by vacuum dehydration at 623 K and $1{\times}10^{-6}$ Torr for 2 days. The structure was refined using all intensities to the final error indices (using only the 801 reflections with ($F_o$ > $4{\sigma}(F_o)$) $R_1/R_2=0.043/0.140$. The 50 $Li^+$ ions per unit cell are found at three different crystallographic sites. The 19 $Li^+$ ions occupy at site I' in the sodalite cavity: the $Li^+$ ions are recessed 0.30 ${\AA}$ into the sodalite cavity from their 3-oxygens plane (Li-O = 1.926(5) ${\AA}$ and $O-Li-O=117.7(3)^{\circ}$). The 20 $Li^+$ ions are found at site II in the supercage, being recessed 0.23 ${\AA}$ into the supercage (Li-O = 2.038(5) ${\AA}$ and $O-Li-O=118.7(3)^{\circ}$). Site III' positions are occupied by 11 $Li^+$ ions: these $Li^+$ ions bind strongly to one oxygen atom (Li-O = 2.00(8) ${\AA}$). About 25 $Na^+$ ions per unit cell are found at four different crystallographic sites: 4 $Na^+$ ions are at site I, 5 at site I', 12 at site II, and the remaining 4 at site III'.

• 전기전자학회논문지
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• 제23권1호
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• pp.1-8
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• 2019

본 논문에서는 18650 원통형 NCA 리튬이온 배터리로 구성된 고출력 직렬 배터리로 다양한 C-rate의 전기적 특성을 테스트한다. 테스트를 통해 추출한 14S1P 배터리 팩의 방전 용량 데이터와 4S1P 배터리 팩의 EV cycle 데이터를 통해 C-rate의 변화에 따른 전기적 특성을 분석한다. 분석을 통해 얻은 데이터를 기반으로 C-rate에 따른 방전용량 실험의 셀 간 전압 편차와 EV cycle 실험의 셀 간 전압 편차를 다중선형회귀 모델로 추정하여 선형적인 특징을 가진 데이터와 비선형적인 특징을 가진 데이터에 대한 각각의 추정성능을 검증한다. 모델의 추정성능을 검증하기 위해 추정 데이터와 실제 데이터의 RMSE를 구해 알고리즘의 정확성을 평가한다. 논문의 결과는 14S1P 배터리 팩의 방전 용량의 셀 간 전압 불균형과 4S1P 배터리 팩의 EV cycle의 셀 간 전압 불균형 중 선형적인 데이터인 방전 용량의 셀 간 불균형 데이터의 추정 성능이 더 뛰어난 것을 검증하는데 기여한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권1호
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• pp.142-149
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• 2020

본 연구에서는 인조흑연의 낮은 이론용량을 개선하기 위하여 음극소재로서 흑연/실리콘/피치 복합소재의 전기화학적 성능을 조사하였다. 구형의 인조 흑연 표면을 polyvinylpyrrolidone (PVP) 양친성 물질로 코팅한 후 실리카를 성장시켜 흑연/실리카 소재를 합성하였으며, 석유계 피치 코팅과 마그네슘 열 환원법을 통해 흑연/실리콘/피치 복합소재를 제조하였다. 흑연/실리콘/피치 복합소재의 전극은 poly(vinylidene fluoride) (PVDF), carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylic acid (PAA) 바인더에 따라 제조하였으며, 다양한 전해액과 첨가제를 이용하여 전지를 조립하였다. 흑연/실리콘/피치 복합소재는 X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM)와 thermogravimetric analyzer (TGA)를 통해 물리적 특성을 분석하였으며, 전기화학적 특성은 충 방전 사이클, 율속, 순환전압전류, 임피던스 테스트를 통해 조사하였다. 흑연/실리콘/피치 복합소재는 흑연 : 실리카 : 피치 = 1 : 4 : 8일 때 높은 사이클 안정성을 보였다. PAA 바인더를 사용하여 제조된 전극은 높은 용량과 안정성을 보였으며, EC:DMC:EMC 전해액을 사용하였을 때 719 mAh/g의 높은 초기 용량과 우수한 사이클 안정성 나타내었다. 또한 vinylene carbonate (VC) 첨가시에 2 C/0.1 C 일 때 77% 용량 유지율과 0.1 C/0.1 C 일 때 88% 용량 회복을 나타냄을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제34권5호
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• pp.529-533
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• 2023

우리 일상에서 대량으로 생성되는 리그노셀룰로즈(lignocellulose) 물질인 커피 찌꺼기(coffee grounds)를 탄화하여 얻어지는 탄소 소재의 전기화학적 특성과 흡착 성능을 고찰하였다. 커피 찌꺼기를 섭씨 600도 정도의 상대적 저온에서 탄화하여 얻어지는 탄소의 형태적 구조를 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 고찰하였다. Raman 분석을 통하여 얻어진 탄소 재료의 결정성 정보를 얻었다. 기본적인 전기적 특성을 간단한 옴의 관계(Ohmic relation)를 통하여 확인하였다. 나아가, 탄화된 재료가 리튬 이차 전지의 음극(anode) 소재로 활용될 수 있는지 여부를 반쪽 전지(half-cell) 충방전(charge/discharge) 테스트를 통해 살펴보았으며, 초기 음극재의 비용량은 약 520 mAh/g으로 나타났다. 이어서, 커피 찌꺼기 탄화로 얻어진 탄소 소재의 다공성 구조로 인해 분자를 흡착할 수 있음을 자외선(ultraviolet, UV) 흡광도(absorption) 측정을 통해 확인하였다. 탄소 소재의 표면 개질을 통해 극성이 다른 분자들의 선택적으로 흡착할 수 있음을 추가로 확인하였다. 본 연구는 향후 목질계 폐기물의 활용에 대한 중요한 정보를 제공할 것이다.

• 한국결정성장학회지
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• 제28권5호
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• pp.191-198
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• 2018

알곤 분위기 하에서 다양한 몰 비의 Sn과 Sb 혼합분말에 대한 고에너지 볼밀을 시행하여 잔류 Sn, Sb 입자를 지닌 SnSb 합금결정상을 가지는 분말을 제조한 후, 그 소재적 특성과 리튬전기화학적 거동을 조사하였다. 시작 분말 내 Sn, Sb의 양 조절을 통해 잔류 Sn, Sb 상을 지닌 SnSb의 합금분말의 합성과 볼밀링에 의한 입자크기의 감소가 X-선 회절 분석과 입도 분석에 의해 확인되었다. Li 금속을 상대전극으로 하여 합성된 SnSb 합금분말에 대한 Li 이온의 충방전 실험 결과, 시작 분말에서 Sn과 Sb의 몰 비를 4:6으로 하여 소량의 잔류 Sb를 지닌 SnSb 합금분말에서 가장 좋은 사이클 특성을 보여, $40mA\;g^{-1}$의 정전류 하에서 50회 충방전 후 $580mAh\;g^{-1}$의 용량을 보였으며, SnSb 합금상만을 가진 분말이 다음으로 좋은 충방전 특성을 보였다. 그러나 Sn : Sb = 3 : 7 합금분말에서는 Sn과 Li-ion의 반응이 억제되어 낮은 용량을 보였다. 잔류 Sn 상이 포함된 SnSb 합금 분말은 초기의 높은 용량을 지속하지 못하고 20회 이상의 충방전 시 급격한 용량 감소를 보였다.

• 전기화학회지
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• 제1권1호
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• pp.28-32
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• 1998

1M LiPF_6/EC:DME(1:1) 전해질 용액에서 시간-전위차법, 순환 전압-전류법, 시간-전류법 , 그리고 임피던스법을 이용하여 리튬 이온 전지의 충방전 용량을 조사하였고 초기 충전과정에서 용매 분해로 형성된 필름의 영향을 알아보았다. 충 방전 결과에 따르면, 1 M $LiPF_6/EC:DME$를 이용한 반쪽전지의 초기 비가역 용량은 상당히 크게 나타났다 이러한 비가역 용량은 대부분 용매 분해에 의한 것으로 해석되었으며, 용매 분해로 인하여 MPCF전극 표면에 필름이 형성되었다. 초기 충전과정에서 형성된 필름은 방전과정에서 산화되지 않았으며 2번째 충전부터 용매 분해는 더 이상 관찰되지 않았다. 또한 초기 충전과정에서 EC:DME용매속의 Li이 MPCF층 속으로 삽입될 때 용매와 함께 삽입됨을 알 수 있었다. 이러한 삽입이 진행될 때 MPCF표면의 입자들이 박리되고, 박리된 입자들과 용매 분해 생성물들이 서로 섞여 필름을 형성하므로써 필름의 저항은 크게 나타났다.