Currently, lithium-ion batteries are mainly used in energy storage equipment products including automobiles. This can be exposed to dangerous situations such as explosions in the event of incorrect battery management conditions that are overcharged or left in high temperature conditions. It also causes a situation battery cannot be used when it has been over discharged. Therefore, a system that manages the state of the battery is required. The battery management system aims to obtain optimum battery efficiency by accurately recognizing the state of the battery and keeping the voltage of each cell constant. In this paper, we develop a lithium-iron phosphate battery that has higher safety than a general lithium-ion battery. Then, in order to manage this, we try to develop the algorithm of the BMS module based on the Bluetooth communication using the MATLAB-SIMULINK.
Kim, Sung-Han;Cha, Hye-Yeon;Miesse, Craig M.;Cha, Suk-Won;Jang, Jae-Hyuk
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2008.05a
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pp.1-4
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2008
Fuel cells have the potential of providing several times higher energy storage densities than those possible using current state-of-the-art lithium-ion batteries, but current energy density of fuel cell system is not better than that of lithium-ion batteries. To achieve the high energy density, volume and weight of fuel cell system need to be reduced by miniaturizing system components such as stack, fuel tank, and balance-of-plant. In this paper, the thin flexible PCB (Printed circuit board) is used as a current collector to reduce the stack volume. Two end plates are made from light weight aluminum alloy plate. The plate surface is wholly oxidized through the anodizing treatment for electrical insulation. The opening rate of cathode plate hole is optimized through unit cell performance measurement of various opening rates. The performances are measured at room temperature and ambient pressure condition without any repulsive air supply. The active area of MEA is 10.08 $cm^2$ and active area per a unit cell is 1.68 $cm^2$. The peak power density is about 210 mW/$cm^2$ and the air-breathing planar stack of 2 Wis achieved as a small volume of 18 cc.
Sn-based lithium-ion batteries have low cost and high theoretical specific capacity. However, one of major problem is the capacity fading caused by volume expansion during lithiation/delithiation. In this study, 3-dimensional foam structure of Cu-Sn alloy is prepared by co-electrodeposition including large free space to accommodate the volume expansion of Sn. The Cu-Sn foam structure exhibits highly porous and numerous small grains. The result of EDX mapping and XPS spectrum analysis confirm that Cu-Sn foam consists of $SnO_2$ with a small quantity of CuO. The Cu-Sn foam structure electrode shows high reversible redox peaks in cyclic voltammograms. The galvanostatic cell cycling performances show that Cu-Sn foam electrode has high specific capacity of 687 mAh/g at a current rate of 50 mA/g. Through SEM observation after the charge/discharge processes, the morphology of Cu-Sn foam structure is mostly maintained despite large volume expansion during the repeated lithiation/delithiation reactions.
Lim, Young Rok;Ko, Yunseok;Park, Jeunghee;Cho, Won Il;Lim, Soo A;Cha, EunHee
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.10
no.1
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pp.89-97
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2019
As a promising candidate for anode materials in lithium ion battery (LIB), tungsten trioxide ($WO_3$) and tungsten disulfide ($WS_2$) nanocrystals were synthesized, and their electrochemical properties were comprehensibly studied using a half cell. One-dimensional $WO_3$ nanowires with uniform diameter of 10 nm were synthesized by hydrothermal method, and two-dimensional (2D) $WS_2$ nanosheets by unique gas phase sulfurization of $WO_3$ using $H_2S$. $WS_2$ nanosheets exhibits uniformly 10 nm thickness. The $WO_3$ nanowires and $WS_2$ nanosheets showed maximum capacities of 552 and $633mA\;h\;g^{-1}$, respectively, after 100 cycles. Especially, the capacity of $WS_2$ is significantly larger than the theoretical capacity ($433mA\;h\;g^{-1}$). We also examined the cycling performance using a larger size $WO_3$ and $WS_2$ nanocrystals, showing that the smaller size plays an important role in enhancing the capacity of LIBs. The larger capacity of $WS_2$ nanosheets than the theoretical value is ascribed to the lower charge transfer resistance of 2D nanostructures.
To detect anomaly signs of thermal runaway in advance, this study analyzed the signals from various sensors installed in lithium-ion batteries. The thermal runaway mechanism was analyzed, and measurement variables for anomalies of a battery cell were surface temperature, strain, and gas concentration. The changes and characteristics of three variables during the thermal runaway process were analyzed under the abuse environment: the overheat and the overcharge. In experiment, the thermal runaway of the battery proceeded in the initial developing stage, the outgassing stage, and the ignition stage. Analysis from the measured data indicated that the suitable variable to detect all stages of thermal runaway is the surface temperature of the battery, and surface strain is alternative.
Poly(ethylene oxide) (PEO)-based solid polymer electrolytes (SPEs) show promise for improving the lithium ion battery safety. However, due to oxidation of the PEO group and corrosion of the Al current collector, PEO-based SPEs have not previously been effective for use in $LiCoO_2$ (LCO) cathode materials at room temperature. In this paper, a semi-interpenetrating polymer network (semi-IPN) PEO-based SPE was applied to examine the performance of a LCO/SPE/Li metal cell at different voltage ranges. The results indicate that the SPE can be applied to LCO-based lithium polymer batteries with high electrochemical performance. By using a carbon-coated aluminum current collector, the Al corrosion was mostly suppressed during cycling, resulting in improvement of the cell cycle stability.
The present article is concerned with the overview of the chemically/surface modified cubic spinel $LiMn_2O_4$ as a cathode electrode far lithium ion secondary batteries. Firstly, this article presented a comprehensive survey of the cubic spinel structure and its correlated electrochemical behaviour of $LiMn_2O_4$. Subsequently, the various kinds of the chemically/surface modified $LiMn_2O_4$ and their electrochemical characteristics were discussed in detail. Finally, this article reviewed our recent research works published on the mechanism of lithium transport through the chemically/surface modified $Li_{1-\delta}Mn_2O_4$ electrode from the kinetic view point by the analyses of the experimental potentiostatic current transients and ac-impedance spectra.
Computational modelling and simulation for the charge-discharge characteristics of Lithium-ion batteries have been carried out. The battery system consists of a simplified 2-dimensional single cell for the modelling, in which the thermal modelling on the charge-discharge characteristics was conducted in the temperature range from 288 K through 318 K by using FEMLAB as an engineering PDE solver. While material parameters adopted in the present modelling were dependent on the system temperature, their thermal modelling were applied on the simulations of the charge-discharge period and the rate of transferring charges systematically. The resulting simulation shows that the cycle of the charge-discharge shorten itself by reducing the system temperature, regardless of the charge-discharge rates. In addition, the mass-transport phenomena of Lithium ion have been discussed in connection with the charge-discharge characteristics in the battery.
Lee, Yoon Joo;Ryu, Ji Yeon;Roh, Kwang Chul;Kim, Soo Ryong;Kwon, Woo Teck;Shin, Dong-Geun;Kim, Younghee
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.50
no.6
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pp.480-484
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2013
Since SiOC was introduced as an anode material for lithium ion batteries, it has been studied with different chemical compositions and microstructures using various silicon based inorganic polymers. Poly(phenyl carbosilane) is a SiOC precursor with a high carbon supply in the form of the phenyl unit, and it has been investigated for film applications. Unlike any other siloxane-based polymers, oxygen atoms must be utilized in an oxidation process, and the amount of oxygen is controllable. In this study, SiOC anodes were prepared using poly(phenyl carbosilane) with different heat treatment conditions, and their electrochemical properties as an anode material for lithium ion batteries were studied. In detail, cyclic voltammetry and charge-discharge cycling behavior were evaluated using a half-cell. A SiOC anode which was prepared under a heat treatment condition at $1200^{\circ}C$ after an oxidation step showed stable cyclic performance with a reversible capacity of 360 mAh/g.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.10
no.7
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pp.1740-1749
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2009
As mobile devices evolve and digital convergence trend is here to stay, mobile phones are built with multiple functions including cameras, MP3s, TVs and game consoles. As a consequence, such multi-functional mobile phones come to spend more power, facilitating development of next-generation ultra-capacity lithium ion battery. In addition, environmental regulations and rising oil prices cause demand for hybrid cars to keep rising. Accordingly, more and more attention is being paid to medium and large batteries and more efforts are being made to realize lower battery prices, higher outputs and stability. This study presented a patent technology related to the lithium ion battery packing that allows reducing processes related, increasing productivity and recycling parts other than the body. The lithium ion battery pack to which protection circuits are elastically attached provides short circuit protection for the circuit and the body and makes electric connection of the circuit and the body easier.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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