Proton conducting solid polymer electrolyte (SPE) membranes have been used in many energy technological applications such as water electolysis, fuel cells, redox-flow battery, and other electrochemical devices. The availability of stable membranes with good electrochemical characteristics as proton conductivity at high temperatures above 80 $^{\circ}C$ and low cost are very important for its applications. However, the presently available perfluorinated ionomers are not applicable because of high manufacturing cost and high temperature use to the decrease in the proton conductivity and mechanical strength. In order to make up for the weak points, the block copolymer (BPSf) of polysulfone and poly (phenylene sulfide sulfone) were synthesized and sulfonated. The electrolyte membranes were prepared with phosphotungstic acid (HPA)/sulfonated BPSf via solution blending. This study would be desirable to investigate the interaction between the HPA and sulfonated polysulfone. The results showed that the characteristics of SPSf/HPA blend membrane was a better than Nafion at high temperature, 100 $^{\circ}C$. These membranes proved to have a high proton conductivity, $6.29{\times}10-2$ S/cm, a water content, 23.9%, and a ion exchange capacity, 1.97 meq./g dry membrane. Moreover, some of the membranes kept their high thermal and mechanical stability.
This study introduced a carbon-free electrode for $Li-O_2$ cells with the aim of suppressing the side reactions activated by carbon material. Micro-particles of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), a conducting polymer, were used as the base material for the air electrode of $Li-O_2$cells. The PEDOT micro-particles were treated with $H_2SO_4$ to improve their electronic conductivity, and LiBr and CsBr were used as the redox mediators to facilitate the dissociation of there action products in the electrode and reduce the over-potential of the $Li-O_2$ cells. The capacity of the electrode employing PEDOT micro-particles was significantly enhanced via $H_2SO_4$ treatment, which is attributed to the increased electronic conductivity. The considerable capacity enhancement and relatively low over-potential of the electrode employing $H_2SO_4$-treated PEDOT micro-particles indicate that the treated PEDOT micro-particles can act as reaction sites and provide storage space for the reaction products. The cyclic performance of the electrode employing $H_2SO_4$-treated PEDOT micro-particles was superior to that of a carbon electrode. The results of the Fourier-transform infrared spectroscopic analysis showed that the accumulation of residual reaction products during cycling was significantly reduced by introducing the carbon-free electrode based on $H_2SO_4$-treated PEDOT micro-particles, compared with that of the carbon electrode. The cycle life was improved owing to the effect of the redox mediators. The refore, the use of the carbon -free electrode combined with redox mediators could realize excellent cyclic performance and low over-potential simultaneously.
Heat treatment effect of polyethylene (PE) separators was investigated after storage at 80, 100 and $120^{\circ}C$ for 1 h. All the samples showed enhanced tensile strength and modulus after heat treatment, but thermal shrinkage up to 15% was observed in PE films having newly formed dimple structure on the surface of fiber after annealed at 100 and $120^{\circ}C$. Although there was 5% of thermal shrinkage after annealing at $80^{\circ}C$, no such serious changes in PE fiber was observed. Furthermore, the separator was found to have enhanced cell performance with 1.3 and 2.3 times higher tensile strength and modulus after heat treatment at $80^{\circ}C$ for 1 h.
Lee, Doohee;Yu, Duk Man;Yoon, Sang Jun;Kim, Sangwon;So, Soonyong;Hong, Young Taik
Membrane Journal
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v.30
no.5
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pp.307-318
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2020
Conventional perfluorinated sulfonic acid membrane, Nafion is widely used for vanadium redox flow battery (VRFB). It is desired to prevent vanadium ion permeation through a membrane to retain the capacity, and to keep the cell efficiency of a VRFB. Highly proton conductive and chemically stable Nafion membranes, however, suffer from high vanadium permeation, which induce the reduction in charge and discharge capacity by side reactions of vanadium ions. In this study, to resolve the issue, silica nanoparticles, which are functionalized with 3-aminopropyl group (fS) are introduced to enhance the long-term performance of a VRFB by lowering vanadium permeation. It is expected that amine groups on silica nanoparticles are converted to positive ammonium ion, which could deteriorate positively charged vanadium ions' crossover by Gibbs-Donnan effect. There is reduction in proton conductivity may due to acid-base complexation between fS and Nafion side chains, but ion selectivity of proton to vanadium ion is enhanced by introducing fS to Nafion membranes. With the composite membranes of Nafion and fS, VRFBs maintain their discharge capacity up to 80% at a high current density of 150 mA/㎠ during 200 cycles.
Lee, Myeong Ju;Kim, Ju Young;Oh, Jimin;Kim, Ju Mi;Kim, Kwang Man;Lee, Young-Gi;Shin, Dong Ok
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.21
no.4
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pp.80-87
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2018
Safety issues in Li-ion battery system have been prime concerns, as demands for power supply device applicable to wearable device, electrical vehicles and energy storage system have increased. To solve safety problems, promising strategy is to replace organic liquid electrolyte with non-flammable solid electrolyte, leading to the development of all-solid-state battery. However, relative low conductivity and high resistance from rigid solid-solid interface hinder a wide application of solid electrolyte. Composite electrolytes composed of organic and inorganic parts could be alternative solution, which in turn bring about the increase of conductivity and conformal contact at physically rough interfaces. In our study, composite electrolytes were prepared by combining poly(ethylene oxide)(PEO) and $Li_7La_3Zr_2O_{12}$ (LLZO). The crystallinity, morphology and electrochemical performances were investigated with the control of LLZO contents from 0 wt% to 50 wt%. From the results, it is concluded that optimum content and uniform dispersion of LLZO in polymer matrix are significant to improve overall conductivity of composite electrolyte.
Recently, all-solid-state batteries have attracted much attention to improve safety of rechargeable lithium batteries, but the solid-state batteries of conductive ceramics or solid polymer electrolytes show poor electrochemical properties because of several problems such as high interfacial resistance and undesired reactions. To solve the problems of the reported all-solid-state batteries, a hybrid solid electrolyte is suggested, in this study, NASICON-type nanoparticle Li1.5Al0.5Ti1.5P3O12 (LATP) conductive ceramic, PVdF-HFP, and a carbonate-based liquid electrolyte were composited to prepare a quasi-solid electrolyte. The hybrid solid electrolyte has a high voltage stability of 5.6 V and shows an suppress effect of lithium dendrite growth in the stripping-plating test. The LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 (NCM811)-based battery with the hybrid solid electrolyte exhibits a high discharge capacity of 241.5 mAh/g at a high charge-cut-off voltage of 4.8V and stable electrochemical reaction. The NCM811-based battery also shows 139.4 mAh/g discharge capacity without short circuit or explosion at 90℃. Therefore, the LATP-based hybrid solid electrolyte can be an effective solution to improve the safety and electrochemical properties of rechargeable lithium batteries.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.10
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pp.82-92
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2005
The present study was carried out in order to develop a remote-controlled micro ornithopter with a weight of 20 gram. This ornithopter has three channel radio control. It runs on two direct-current type pager motors powered by a lithium polymer battery which flaps its 35cm wings. The performance of an ornithopter, applied to a flapping motion only, was validated by flight tests. The flight test results indicate that the ornithopter developed here has sufficient thrust to propel itself.
Polypyrrole (PPy) was coated sequentially by chemical and electrochemical methods on a woven fabric, giving rise to a fabric having high electrical conductivity. We investigated the effects of the preparation conditions on the various properties of the resulting fabric. The PPy-coated fabric with optimum properties was obtained when it was prepared sequentially by chemical polymerization at the elevated temperature of 100$^{\circ}C$ under a pressure of 0.9 kgf/$\textrm{cm}^2$ and then electrochemical polymerization with a 3.06 mA/$\textrm{cm}^2$ current density at 25 $^{\circ}C$ for 2 hrs with the separator plate. The surface resistivity of the resulting fabric was as low as 5 Ω/$\square$ .The PPy-coated fabric prepared under the optimum conditions showed practically applicable heat generating property. When electrical power was supplied to the fabric using a commercial battery for a mobile phone (3.6 V, LGLl-AHM), the temperature of the fabric increased very quickly from room temperature to ca. 55 $^{\circ}C$ within 2 min and was maintained for ca. 80 min at that temperature. The heat generating property of the fabric was extremely stable, exhibiting similar behavior over 10 repeated cycles. Therefore, we suggest that the PPy-coated fabric in this study may be practically useful for many applications, including flexible, portable surface-heating elements for medical or other applications.
Lithium ion Batteries commercially available since the early nineties in Japan are going to be more and more important for portable electronic devices and even EV applications. Today several companies around the world are working hard to join to market for Lithium secondary batteries. Based on the growing interest for commercial use of batteries also the materials have to be reviewed in order to meet large scale production needs. The requirements especially for electrolytes for lithium batteries are extremely high. The solvents and the lithium salts should be of highest purity. So the supply of these chemicals including packaging, transportation and storage but also the handling in production are critical items in this field. Frolic impurities are very critical for LiPF6 based electrolytes. The influence of water is tremendous. But also the other protic impurities like alcoholes are playing an Important role for the electrolyte quality. The reaction of these species with LiPF6 leads to formation of HF which further reacts with cathode materials (spinel) and anode. To understand the role of the protic impurities more clearly the electrolyte was doped with such compounds and was analyzed for protic impurities and HF. These results which directly show the relation between impurities and quality will be presented and discussed. In addition several investigations on different packaging materials as well as methods to analyze and handle the sensititive material will be addressed. These questions which are only partly discussed in literature so far and never been investigated systematically cover some of the key parameters for understanding of the battery chemicals. This investigation and understanding however is of major importance for scientist and engineers in the field of Lithium ion and Lithium polymer batteries.
Sohn, Jung Woo;Gang, Han Gyeol;Choi, Seung Bok;Kim, Gi-Woo
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.7
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pp.881-887
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2016
In this study, the vibration-based tactile actuator for smart wear applications is presented by using piezoelectric ceramic transducers. The compact wireless actuation system is constructed with a high voltage piezoelectric amplifier, a microcontroller, wireless communication module, and rechargeable lithium-polymer battery. For the wireless communication between a hardware and an operator, the bluetooth-based wireless communication system is prepared and the user interface is provided via smart phone applications. From a series of experimental user studies, it is demonstrated that the proposed vibro-tactile actuator based on piezoelectric ceramic transducers can be effectively applied to smart wear applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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