It is necessarily required in developing Si-based anode materials for lithium ion batteries, and the related researches are actively working especially in Si-carbon composite material. On the other hand, the photovoltaic and semiconductor industries discard huge amount of Si resources, facing the environmental issue. In this study, recycled Si resource is adopted to obtain Si-carbon composite for LIB(Lithium-Ion Batteries). In order to improve high-capacity retention characteristics and cycle stability of a Si anode material for the LIB, two differenct composites having a mass ratio of silicon and pitch of 1:1 and 2:1 are synthesized and electrochemical characteristics of the anode material manufactured by simple self-assembly method. This result in excellent initial capacity with stable cycle life, and confirming the potential use of recycled Si material for LIB.
The (B.Si)C composite was prepared form the mixture of metal boron, silicon, and carbon powders in Ar atmosphere by Self-propagating High-temperature Synthesis Chemical Furnace. The characterization of synthesized power and sintered body were investigated. The microstructure of sintered body suggested that SiC boundary was made between B4C grains. The most excellent mechanical properties, the relative density of 95% oftheoretical value, 3 point flexural strength of 360MPa, and fracture toughness of 3.6MN/m3/2 could be obtained in 80wt% B4C-20 wt% SiC composite were obtained.
Fine Si-Al-OH-C coprecipitate powders were prepared from Si(OC2H5)4, Al(i-OC3H7)3, and carbon black by a hydrolysis method before fabrication of Sialon-SiC composite powder by carbothermal reduction at 1350$^{\circ}C$ for 10h under N2/H2 mixed atmosphere. The characterization of the synthesized Sialon-SiC composite powders was performed using XRD, BET, SEM, TEM and particle size analysis methods. The average particle size and specific surface area of the synthesized Sialon-SiC composite powder were 0.13$\mu\textrm{m}$ and 20.1㎡/g, respectively when Z=1 and N2 : H2=50 : 50.
$SiO_x/ZnO$ composites were prepared from sol-gel method for excellent cycle life characteristics. The composites were coated by PVC as a carbon precursor. ZnO removal to create a void space therein was able to buffer the volume change during charge and discharge. To determine the crystal structure and the shape of the synthesized composite, XRD, SEM, TEM analysis was performed. The carbon contents in the composites were confirmed by TGA. The pore structure and pore size distribution of the composite was measured with the BET specific surface area analysis and BJH pore size distribution. Enhanced electric conductivity by carbon addition was determined from powder resistance measurement. Electrochemical properties were measured with the AC impedance and the charge and discharge cycle life characteristics. When carbon was coated on the $SiO_x/ZnO$ sample, the electrical conductivity and the discharge capacity were increased. After removal of ZnO with HCl the surface area of the sample was increased, but the discharge capacity was decreased. $SiO_x/ZnO$ sample without acarbon coating showed very low discharge capacity, and after carbon coating the sample showed high discharge capacity. For cycle life characteristics, $C-SiO_x/ZnO$ composite (Zn : Si : C = 1 : 1 : 8) with a capacity of $815mAh\;g^{-1}$ at 50 cycle and 0.2 C has higher capacity than existing graphite-based anode materials.
Kim, Sung-Won;Lee, Hyun-Ju;Kim, Jun-Hee;Son, Chang-Sik;Kim, Dong-Hwan
Korean Journal of Materials Research
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v.20
no.1
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pp.25-30
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2010
Si nanowire/multiwalled carbon nanotube nanocomposite arrays were synthesized. Vertically aligned Si nanowire arrays were fabricated by Ag nanodendrite-assisted wet chemical etching of n-type wafers using $HF/AgNO_3$ solution. The composite structure was synthesized by formation of a sheath of carbon multilayers on a Si nanowire template surface through a thermal CVD process under various conditions. The results of Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, and high resolution transmission electron microcopy demonstrate that the obtained nanocomposite has a Si nanowire core/carbon nanotube shell structure. The remarkable feature of the proposed method is that the vertically aligned Si nanowire was encapsulated with a multiwalled carbon nanotube without metal catalysts, which is important for nanodevice fabrication. It can be expected that the introduction of Si nanowires into multiwalled carbon nanotubes may significantly alter their electronic and mechanical properties, and may even result in some unexpected material properties. The proposed method possesses great potential for fabricating other semiconductor/CNT nanocomposites.
Kim, Jin-Hoon;Jeong, Eui-Gyung;Kim, Se-Young;Lee, Young-Seak
Carbon letters
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v.12
no.2
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pp.116-119
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2011
C/SiC composites were prepared by boron nitride (BN)-assisted liquid silicon infiltration (LSI), and their anti-oxidation and mechanical properties were investigated. The microstructures, bulk densities, and porosities of the C/SiC composites demonstrated that the infiltration of liquid silicon into the composites improved them, because the layered-structure BN worked as a lubricant. Increasing the amount of BN improved the anti-oxidation of the prepared C/SiC composites. This synergistic effect was induced by the assistance of BN in the LSI. More thermally stable SiC was formed in the composite, and fewer pores were formed in the composite, which reduced inward oxygen diffusion. The mechanical strength of the composite increased up to the addition of 3% BN and decreased thereafter due to increased brittleness from the presence of more SiC in the composite. Based on the anti-oxidation and mechanical properties of the prepared composites, we concluded that improved anti-oxidation of C/SiC composites can be achieved through BN-assisted LSI, although there may be some degradation of the mechanical properties. The desired anti-oxidation and mechanical properties of the composite can be achieved by optimizing the BN-assisted LSI conditions.
Carbon fiber reinforced SiC composites (C/SiC) have high-temperature stability and excellent thermal shock resistance, and are currently being applied in extreme environments, for example, as aerospace propulsion parts or in high-performance brake systems. However, their low thermal conductivity, compared to metallic materials, are an obstacle to energy efficiency improvements via utilization of regenerative cooling systems. In order to solve this problem, the present study investigated the bonding strength between carbon fiber and matrix material within ceramic matrix composite (CMC) materials, demonstrating the relation between the microstructure and bonding, and showing that the mechanical properties and thermal conductivity may be improved by treatment of the carbon fibers. When fiber surface was treated with a nitric acid solution, the observed segment crack areas within the subsequently generated CMC increased from 6 to 10%; moreover, it was possible to enhance the thermal conductivity from 10.5 to 14 W/m·K, via the same approach. However, fiber surface treatment tends to cause mechanical damage of the final composite material by fiber etching.
Dispersed type Al2O3-SiC composite powders were synthesized from Al-isopropoxide (Al(i-OC3H7)3) and Si(OC2H5)4 precursors by hydrolysis of mixed alkoxides and carbothermal reaction method. The characteristics of the synthesized (dispersed type) Al2O3-SiC composite powders were investigated using XRD, SEM, TEM, BET and particle size analyzer. Carbothermal reaction to produce Al2O3-SiC composite was completed in 10h at 135$0^{\circ}C$ on 3~4㎤/s (0.21~0.28cm/s) of H2 flow rate and about 1/1 of carbon/oxides(=SiO2+Al2O3) molar ratio. The synthesized powders were observed to have the mean particle size range of 0.4~1.26${\mu}{\textrm}{m}$ and showed finer particle size with increasing SiC content.
Kim, Hee-Bong;Lee, Sang-Bok;Yi, Jin-Woo;Lee, Sang-Kwan;Kim, Yang-Do
Composites Research
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v.25
no.4
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pp.93-97
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2012
Carbon nano fibers (CNFs) reinforced magnesium alloy (AZ91) matrix composites have been fabricated by liquid pressing process. In order to improve the dispersibility of CNFs and the wettability with magnesium alloy melt, CNFs were mixed with submicron sized SiC particles ($SiC_p$). Also, the mixture of CNFs and $SiC_p$ were coated with Ni by electroless plating. In liquid pressing process, AZ91 melts have been pressed hydrostatically and infiltrated into three reinforcement preforms of only CNFs, the mixture of CNFs and $SiC_p$ (CNF+$SiC_p$), and Ni coated CNFs and $SiC_p$ ((CNF+$SiC_p$)/Ni). Some CNFs agglomerates were observed in only CNFs reinforced composite. In cases of the composites reinforce with CNF+$SiC_p$ and (CNF+$SiC_p$)/Ni, CNFs were dispersed homogeneously in the matrix, which resulted in the improvement of mechanical properties. The compressive strengths of CNF+$SiC_p$ and (CNF+$SiC_p$)/Ni reinforced composites were 38% and 28% higher than that of only CNFs composite.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.12
no.1
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pp.54-63
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2012
The purpose of this study is to examine the potential for reducing the environmental load and $CO_2$ gas when cement is produced by using cement substitutes. These substitutes consisted of blast furnace slag, red mud and silica fume, which were industrial by-products. The most optimum mix was derived when alkali accelerator was added to low carbon inorganic composite mixed with industrial by-product at room temperature. It is determined that hardened properties and the results of compressive strength tests changed based on CaO content, Si/Al, the mixing ratio and the amount of alkali accelerator, curing conditions and W/B. The results of test analysis suggest that the optimum mix of low carbon inorganic composite is CaO content 30%, Si/Al 4, the mixed ratio of alkali accelerator $(NaOH:Na_2SiO_3)$ 50g:50g, the amount of alkali accelerator 100g and W/B 31%. In addition, if contraction is complemented, low carbon inorganic composite with superior performance could be developed.
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