The stabilized all-solid-state battery structure indicate a fundamental alternative to the development of next-generation energy storage devices. Existing liquid electrolyte structures severely limit battery stability, creating safety concerns due to the growth of Li dendrites during rapid charge/discharge cycles. In this study, a low-dimensional graphene quantum dot layer structure was applied to demonstrate stable operating characteristics based on Li+ ion conductivity and excellent electrochemical performance. Transmission electron microscopy analysis was performed to elucidate the microstructure at the interface. The low-dimensional structure of GQD-based solid electrolytes has provided an important strategy for stable scalable solid-state lithium battery applications at room temperature. This study indicates that the low-dimensional carbon structure of Li-GQDs can be an effective approach for the stabilization of solid-state Li matrix architectures.
Supercapacitors are attracting much attention in sensor, military and space applications due to their excellent thermal stability and non-explosion. The ionic liquid is more thermally stable than other electrolytes and can be used as a high temperature electrolyte, but it is not easy to realize a high temperature energy device because the separator shrinks at high temperature. Here, we report a study on electrochemical supercapacitors using a composite electrolyte film that does not require a separator. The composite electrolyte is composed of thermoplastic polyurethane, ionic liquid and fumed silica nanoparticles, and it acts as a separator as well as an electrolyte. The silica nanoparticles at the optimum mass concentration of 4wt% increase the ionic conductivity of the composite electrolyte and shows a low interfacial resistance. The 5 wt% polyurethane in the composite electrolyte exhibits excellent electrochemical properties. At $175^{\circ}C$, the capacitance of the supercapacitor using our free standing composite electrolyte is 220 F/g, which is 25 times higher than that at room temperature. This study has many potential applications in the electrolyte of next generation energy storage devices.
The purpose of this study is to research and develop PEO/PVDF electrolytes and $LiMn_2O_4$ composite cathode for all-solid state lithium rechargeable battery. We investigated AC impedance response and charge/discharge cycling of $LiMn_2O_4$/SPE/Li cells. The cell resistance was decreased so much initial charge process from 0% SOC to 100% SOC. The radius of semicircle of $LiMn_2O_4$/SPE/Li cell was so much from initial state to 20th cycling. The discharge capacity of the $LiMn_2O_4$ composite cathode was 144mAh/g based on $LiMn_2O_4$.
웨어러블 디바이스, 전기자동차와 에너지저장시스템에 대한 전력 수요가 증가함에 따라 리튬이온 전지에 있어서 안전성은 가장 중요한 요소가 되었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 가연성의 유기 액체전해질이 불연성의 고체전해질로 대체된 전고체 전지를 제조하려는 연구들이 진행되고 있다. 그러나 고체전해질은 자체 이온전도도가 상대적으로 낮고 전극/전해질 계면에서 높은 저항이 발생하므로 실질적인 활용에 제약이 있었다. 이에 유무기 소재로 구성된 복합전해질은 고체전해질의 단점을 극복할 수 있는 대안으로 떠오르고 있다. 본 연구에서는 PEO 전해질과 LLZO 고체전해질을 복합화하여 전해질을 제조하였고, LLZO 고체전해질 함량에 따라 결정성, 형상 및 전기화학 성능 분석을 진행하였다. 결과로부터 PEO 전해질 내에 LLZO 고체전해질의 최적 함량 및 균일한 분포가 전체 복합전해질의 이온전도도 향상에 중요한 요소임을 확인하였다.
폴리에틸렌 옥사이드(PEO)/리튬 삼불화메탄 술포네이트(${LiCF}_{3}{SO}_{3}$)착제에 평균 직경 $1{\mu}$m인 미세 세라믹 분말 ($\gamma -{LiALO}_{2}$)을 혼합하여 얻은 복합체 고분자 전해질의 특성을 형태학 및 기계적 성질의 관점에서 고찰하였다. 균일하게 분산된 세라믹 분말을 상온에서 고체 고분자 전해질의 전기적, 기계적 성질을 크게 향상시키는 것으로 관찰되었으며, 그 조성에 따라 그 특성이 변하였다. 본 연구에서 조사된 복합체 고분자 전해질의 경우, 상온에서 최대 이온 전도도를 나타내는 ${LiAlO}_{2}$의 최적 함량은 약 20%인 것으로 나타났다.
Among various fuel cells, solid oxide fuel cells (SOFCs) offer the highest energy efficiency, when taking into account the thermal recycling of waste heat at high temperature. However, the highest efficiency and lowest pollution for a SOFC can be achieved through the sophisticated control of its constituent components such as electrodes, electrolytes, interconnects and sealing materials. The electrochemical conversion efficiency of a SOFC is particularly dependent upon the performance of its electrode materials. The electrode materials should meet highly stringent requirements to optimize cell performance. In particular, both mass and charge transport should easily occur simultaneously through the electrode structure. Matter transport or charge transport is critically related to the configuration and spatial disposition of the three constituent phases of a composite electrode, which are the ionic conducting phase, electronic conducting phase, and the pores. The current work places special emphasis on the quantification of this complex microstructure of composite electrodes. Digitized images are exploited in order to obtain the quantitative microstructural information, i.e., the size distributions and interconnectivities of each constituent component. This work reports regarding zirconia-based composite electrodes.
Na-β"-Al2O3 has been widely employed as a solid electrolyte for high-temperature sodium (Na) beta-alumina batteries (NBBs) thanks to its superb thermal stability and high ionic conductivity. Recently, a vapor phase conversion (VPC) method has been newly introduced to fabricate thin Na-β"-Al2O3 electrolytes by converting α-Al2O3 into β"-Al2O3 in α-Al2O3/yttria-stabilized zirconia (YSZ) composites under Na+ and O2- dual percolation environments. One of the main challenges that need to be figured out is lowered conductivity due to the large volume fraction of the non-Na+-conducting YSZ. In this study, the effect of lithia addition in the β"-Al2O3 phase on the grain size and ionic conductivity of Na-β"-Al2O3/YSZ solid electrolytes have been investigated in order to enhance the conductivity of the electrolyte. The amount of pre-added lithia (Li2O) precursor as a phase stabilizer was varied at 0, 1, 2, 3, and 4 mol% against that of Al2O3. It turns out that ionic conductivity increases even with 1 mol% lithia addition and reaches 67 mS cm-1 at 350 ℃ of its maximum with 3 mol%, which is two times higher than that of the undoped composite.
Flexible energy-storage devices (FESDs) have been studied and developed extensively over the last few years because of demands in various fields. Since electrochemical performance and mechanical flexibility must be taken into account together, different framework from composition of conventional energy-storage devices (ESDs) is required. Numerous types of electrodes have been proposed to implement the FESDs. Herein, we review the works related to the FESDs so far and focus on free-standing electrodes and, especially substrate-based ones. The way to utilize carbon woven fabric (CF) or carbon cloth (CC) as flexible substrates is quite simple and intuitive. However, it is meaningful in the point of that the framework exploiting CF or CC can be extended to other applications resulting in multifunctional composites. Therefore, summary, which is on utilization of carbon-based material and conductive substrate containing CF and CC for ESDs, turns out to be helpful for other researchers to have crude concepts to get into energy-storage multi-functional composite. Moreover, polymer electrolytes are briefly explored as well because safety is one of the most important issues in FESDs and the electrolyte part mainly includes difficult obstacles to overcome. Lastly, we suggest some points that need to be further improved and studied for FESDs.
In this study, we investigate the effect of the$Li_3BO_3$ additive on the densification and ionic conductivity of garnet-type $Li_7La_3Zr_2O_{12}$ solid electrolytes for all-solid-state lithium batteries. We analyze their densification behavior with the addition of $Li_3BO_3$ in the range of 2-10 wt.% by dilatometer measurements and isothermal sintering. Dilatometry analysis reveals that the sintering of $Li_7La_3Zr_2O_{12}-Li_3BO_3$ composites is characterized by two stages, resulting in two peaks, which show a significant dependence on the $Li_3BO_3$ additive content, in the shrinkage rate curves. Sintered density and total ion conductivity of the system increases with increasing $Li_3BO_3$ content. After sintering at $1100^{\circ}C$ for 8 h, the $Li_7La_3Zr_2O_{12}-8$ wt.% $Li_3BO_3$ composite shows a total ionic conductivity of $1.61{\times}10^{-5}Scm^{-1}$, while that of the pure $Li_7La_3Zr_2O_{12}$ is only $5.98{\times}10^{-6}Scm^{-1}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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