In order to investigate the effects of particle size and specific surface area(BET area) of spinel powder, $LiMn_2O_4$ were synthesized using metal oxide precursor by co-precipitation method(CoP) and solid state reaction (SSR) .X-ray diffraction(XRD) patterns revealed that the both prepared powder has a well developed spinel structure with Fd3m space group. The $LiMn_2O_4$ prepared by co-precipitation showed spherical morphology with narrow size distribution. However, the $LiMn_2O_4$ prepared by solid state reaction showed relatively smaller particles with irregular shape. The measured BET areas of the powers are $0.8m^2g^{-1}$ (CoP) and $3.6m^2g^{-1}$(SSR). The electrochemical performance of the Prepared $LiMn_2O_4$ powders was evaluated using coin type cells(CR2032) at elevated temperature ($55^{\circ}C$). The $LiMn_2O_4$ prepared by co-precipitation showed the better cycling performance(82.3%capacity retention at $50^{th}$ cycle) than that of the $LiMn_2O_4$(68.3%) prepared by solid state reaction at elevated temperature.
We investigated the dependence of the various annealing conditions and thickness ($6\sim45nm$) of the Ti-doped $Al_2O_3$ coating on the electrochemical properties and the capacity fading of Ti-doped $Al_2O_3$ coated $LiCoO_2$ films. The Ti-doped-$Al_2O_3$-coating layer and the cathode films were deposited on $Al_2O_3$ plate substrates by RF-magnetron sputter. Microstructural and electrochemical properties of Ti-doped-$Al_2O_3$-coated $LiCoO_2$ films were investigated by transmission electron microscopy (TEM) and a dc four-point probe method, respectively. The cycling performance of Ti-doped $Al_2O_3$ coated $LiCoO_2$ film was improved at higher cut-off voltage. But it has different electrochemical properties with various annealing conditions. They were related on the microstructure, surface morphology and the interface condition. Suppression of Li-ion migration is dominant at the coating thickness >24.nm during charge/discharge processes. It is due to the electrochemically passive nature of the Ti-doped $Al_2O_3$ films. The sample be made up of Ti-doped $Al_2O_3$ coated on annealed $LiCoO_2$ film with additional annealing at $400^{\circ}C$ had good adhesion between coating layer and cathode films. This sample showed the best capacity retention of $\sim92%$ with a charge cut off of 4.5 V after 50 cycles. The Ti-doped $Al_2O_3$ film was an amorphous phase and it has a higher electrical conductivity than that of the $Al_2O_3$ film. Therefore, the Ti-doped $Al_2O_3$ coated improved the cycle performance and the capacity retention at high voltage (4.5 V) of $LiCoO_2$ films.
In this study, the $Ni_{0.9}Co_{0.05}Ti_{0.05}(OH)_2$ precursor was prepared by the concentration gradient co-precipitation method. In order to overcome the structural change due to oxygen desorption in the cathode active material with high nickel content, the physical and electrochemical analysis of the cathode active material according to the calcination temperature were investigated. Physical properties of $Li_{1.05}Ni_{0.9}Co_{0.05}Ti_{0.05}O_2$ were analyzed by FE-SEM, XRD and TGA. The electrochemical performance of the coin cell using a cathode active material and $LiPF_6$(EC:EMC=1:2 vol%) electrolyte was evaluated by the initial charge/discharge efficiency, cycle retention, and rate capabilities. As a result, the initial capacity and initial efficiency of cathode materials were excellent with 244.5~247.9 mAh/g and 84.2~85.8% at the calcination temperature range of $750{\sim}760^{\circ}C$. Also, the capacity retention exhibited high stability of 97.8~99.1% after 50cycles.
$Li_2MnO_3-LiMO_2$(M=Ni, Co, Mn) nano-composite is a promising cathode material for xEV application due to its high theoretic capacity. However high voltage operating system of $Li_2MnO_3-LiMO_2$(M=Ni, Co, Mn) has worked as a hurdle in its application because of the inherent demerits, such as cycle life degradation and gas evolution. In order to enhance cell performance of $Li_2MnO_3-LiMO_2$(M=Ni, Co, Mn)/graphite cell, we examined electrolyte mainly composed of FEC, fluroalkyl ether and $LiPF_6$ (F-based EL). F-based EL showed much better discharging retention ratio than 1.3 M $LiPF_6$ EC/EMC/DMC (3/4/3, v/v/v) (STD). Furthermore gas evolution, especially CO and $CO_2$ during $60^{\circ}C$ storage for 30 days was dramatically reduced owing to thermal stable SEI formation effect of F-based EL.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.13
no.5
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pp.436-442
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2020
ESS(energy storage system) has recently become an important power source in various areas due to increased renewable energy resources. The more ESS is used, the less the effective capacity of the ESS. Therefore, it is important to manage the remaining useful lifetime(RUL). RUL can be checked regularly by inspectors, but it is common to be monitored and estimated by an automated monitoring system. The accurate state estimation is important to ESS operator for economical and efficient operation. RUL estimation model usually requires complex mathematical calculations consisting of cycle aging and calendar aging that are caused by the operation frequency and over time, respectively. A lightweight RUL estimation model is required to be embedded in low-performance processors that are installed on ESS. In this paper, a lightweight ESS RUL estimation model is proposed to operate on low-performance micro-processors. The simulation results show less than 1% errors compared to the original RUL model case. In addition, a performance analysis is conducted based on ATmega 328. The results show 76.8 to 78.3 % of computational time reduction.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.12
no.3
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pp.273-281
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2019
The energy consumed by buildings among the total national energy consumption is more than 10% of the total. For this reason, Korea has adopted the zero energy building policy since 2025, and research on the energy saving technology of buildings has been demanded. Analysis of buildings' energy consumption patterns shows that lighting, heating and cooling energy account for more than 60% of total energy consumption, which is directly related to solar power acquisition and window opening and closing operation. In this paper, we have developed a low - power IoT sensor module for window system to transfer acquired information to building energy management system. This module transmits the external environment and window opening / closing status information to the building energy management system in real time, and constructs the network to actively take energy saving measures. The power used in the module is designed as an independent power source using solar power among the harvest energy. The topology of the power supply is a Buck converter, which is charged at 4V to the lithium ion battery through MPPT control, and the efficiency is about 85.87%. Communication is configured to be able to transmit in real time by applying WiFi. In order to reduce the power consumption of the module, we analyzed the hardware and software aspects and implemented a low power IoT sensor module.
In this study, the electrochemical properties of pitch coated silicon sheets/graphite anode materials were investigated. Using NaCl as a template, silicon sheets were prepared through the stöber method and the magnesiothermic reduction methode. In order to synthesize the anode composite, the silicon sheets and graphite were combined with SDBS. The pitch coated silicon sheets/graphite was synthesized using THF as a solvent for the anode material composite. The physical properties of the prepared anode composites were analysed by XRD, SEM, EDS and TGA. The electrochemical performances of the prepared anode composites were performed by the current charge/discharge, rate performance, cyclic voltammetry and EIS tests in the electrolyte LiPF6 dissolved solvents (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%). As the silicon composition of silicon sheets/graphite composite material increased, the discharge capacity also increased, but the cycle stability tended to decrease. The anode material of pitch coated silicon sheets/graphite composite (silicon sheets:graphite=3:7 weight ratio) showed the initial discharge capacity of 1228.8 mAh/g and the capacity retention ratio of 77% after 50 cycles. From these results, it was found that the cycle stability of pitch coated silicon sheets/graphite was improved.
Zn and Al added LiNi0.85Co0.15O2 cathode materials were synthesized to improve electrochemical properties and thermal stability using a solid-state route. Crystal structure, particle size and surface shape of the synthesized cathode materials was measured using XRD (X-ray diffraction) and SEM (scanning electron microscopy). CV (cyclic voltammetry), first charge-discharge profiles, rate capability, and cycle life were measured using battery cycler (Maccor, series 4000). Strong binding energy of Al-O bond enhanced structure stability of cathode material. Electrochemical properties were improved by preventing cation mixing between Li+ and Ni2+. Large ion radius of Zn+ increased lattice parameter of NC cathode material, which meant unit-cell volume was expanded. NCZA25 showed 80% of capacity retention at 0.5 C-rate during 100 cycles, which was 12% higher than that of NC cathode. The discharge capacity of NCZA25 showed 104 mAh/g at 5 C-rate. NCZA25 achieved 36 mAh/g more capacity than that of NC cathod. NCZA25 cathode material showed excellent rate capability and cycling performance.
Kim, Bo Ra;Kim, Ji Hong;Kang, Seok Chang;Im, Ji Sun
Applied Chemistry for Engineering
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v.33
no.5
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pp.459-465
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2022
A pitch coating method was proposed for the purpose of improving the electrochemical properties of natural graphite. The synthesis conditions of pitch coating were optimized via measuring electrochemical properties of pitch-coated graphite anodes. As the synthesis temperature increased, the thermal stability was improved in addition to an increase in the softening point and residual carbon weight. However, the synthesis temperature of 430 ℃ resulted in the synthesis of a large amount of NI (NMP Insoluble) due to excessive condensation reaction. As the surface uniformity and coating thickness increased due to high thermal stability, the initial coulombic efficiency and rate capability of the pitch-coated graphite were improved. However, the graphite coated with the pitch containing excessive NI showed lower electrochemical properties than the uncoated graphite. NI had low dispersibility and formed spheres after heat treatment, so it formed the heterogeneous and thicker SEI layer. The optimum conditions for forming a uniform surface and an appropriate coating layer were investigated.
Dong-kyu Son;Won Jin Park;Jun Young Kim;Ji Hui Yun;Jung Eun Hyun
Korean Chemical Engineering Research
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v.62
no.3
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pp.246-252
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2024
In this study, impurities such as Li and F were removed from waste graphite through citric acid treatment, and changes in structural properties, capacity, and cycle stability of regenerated graphite were observed accordingly. Regenerated graphite pretreated in a nitrogen atmosphere was treated with citric acid, and its structure and characteristics were analyzed through SEM (Scanning Electron Microscope), FT-IR (Fourier Transform Infrared spectroscopy), XRD (X-ray Diffraction), and XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). Waste graphite that was not treated with acid had a rapid decrease in capacity before 70 cycles, but graphite that had been treated with citric acid showed a capacity of 302.9 mAh g-1 and a capacity retention rate of 93.1% at 100 cycles. In addition, despite changes in current density in rate performance, samples treated with citric acid showed 340.2 mAh g-1 performance at 1.0C without change in capacity. As a result, it was confirmed that citric acid treatment not only effectively removed impurities and showed a high capacity retention rate, but also showed stability even at high current densities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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