Chae-won Kim;Junghee Choi;Jin-Hyeok Choi;Ji-Youn Seo;Gumjae Park
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.14
no.2
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pp.162-173
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2023
Aqueous zinc-ion batteries are considered as promising alternatives to lithium-ion batteries for energy storage owing to their safety and cost efficiency. However, their lifespan is limited by the irreversibility of Zn anodes because of Zn dendrite growth and side reactions such as the hydrogen evolution reaction and corrosion during cycling. Herein, we present a strategy to restrict direct contact between the Zn anode and aqueous electrolyte by fabricating a protective layer on the surface of Zn foil via phosphidation method. The Zn3(PO4)2 protective layer effectively suppresses Zn dendrite growth and side reactions in aqueous electrolytes. The electrochemical properties of the Zn3(PO4)2@Zn anode, such as the overpotential, linear polarization resistance, and hydrogen generation reaction, indicate that the protective layer can suppress interfacial corrosion and improve the electrochemical stability compared to that of bare Zn by preventing direct contact between the electrolyte and the active sites of Zn. Remarkably, MnO2 Zn3(PO4)2@Zn exhibited enhanced reversibility owing to the formation a stable porous layer, which effectively inhibited vertical dendrite growth by inducing the uniform plating of Zn2+ ions underneath the formed layer.
Hye Min Choi;Su Jin Jun;Jinhong Lee;Myung-Hyun Ryu;Hyeyoung Shin;Kyu-Nam Jung
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.14
no.1
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pp.85-95
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2023
In recent years, solid-state Li metal batteries (SSLBs) have attracted significant attention as the next-generation batteries with high energy and power densities. However, uncontrolled dendrite growth and the resulting pulverization of Li during repeated plating/stripping processes must be addressed for practical applications. Herein, we report a plastic-crystal-based polymer/ceramic composite solid electrolyte (PCCE) to resolve these issues. To fabricate the one-side ceramic-incorporated PCCE (CI-PCCE) film, a mixed precursor solution comprising plastic-crystal-based polymer (succinonitrile, SN) with garnet-structured ceramic (Li7La3Zr2O12, LLZO) particles was infused into a thin cellulose membrane, which was used as a mechanical framework, and subsequently solidified by using UV-irradiation. The CI-PCCE exhibited good flexibility and a high room-temperature ionic conductivity of over 10-3 S cm-1. The Li symmetric cell assembled with CI-PCCE provided enhanced durability against Li dendrite penetration through the solid electrolyte (SE) layer than those with LLZO-free PCCEs and exhibited long-term cycling stability (over 200 h) for Li plating/stripping. The enhanced Li+ transference number and lower interfacial resistance of CI-PCCE indicate that the ceramic-polymer composite layer in contact with the Li anode enabled the uniform distribution of Li+ flux at the interface between the Li metal and CI-PCCE, thereby promoting uniform Li plating/stripping. Consequently, the Li//LiFePO4 (LFP) full cell constructed with CI-PCCE demonstrated superior rate capability (~120 mAh g-1 at 2 C) and stable cycle performance (80% after 100 cycles) than those with ceramic-free PCCE.
Temitope A. Olatoye;Ohseok, Kwon;Kayode L. Akinwande
Proceedings of the National Institute of Ecology of the Republic of Korea
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v.5
no.1
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pp.10-20
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2024
The study investigated species diversity, relative abundance, and decline of flying insects and plants within a fragmented forest in the Federal University of Technology Akure (FUTA), Ondo State, Nigeria. It is known that habitat fragmentation can reduce biodiversity. Thus, it is important to perform comprehensive assessments to understand implications of the habitat fragmentation for flora and fauna. Species richness and abundance of flying insects and plants across fragmented forest patches were quantified using field surveys and taxonomic identification. This study revealed shifts in species diversity, with fragmented areas exhibiting reduced biodiversity compared to contiguous forest ecosystems. Flying insects crucial for ecosystem functioning and pollination services demonstrated decreased species richness and relative abundance within fragmented habitats. This decline was attributed to habitat loss, altered microclimates, and limited movement pathways known to hinder insect dispersal. Similarly, plant species richness and abundance showed decline in fragmented forest due to disrupted mutualistic interactions with pollinators, altered nutrient cycling, and increased competition among plant species. This study underscores the importance of maintaining intact forest habitats to sustain healthy ecosystems and preserve biodiversity. Effective conservation strategies should focus on habitat connectivity, reforestation efforts, and protection of essential ecological corridors to mitigate effects of fragmentation. In conclusion, this investigation provides empirical evidence for effects of habitat fragmentation on flying insects and plants in a forest ecosystem in FUTA Akure, Nigeria. Findings emphasize an urgency of adopting conservation measures to safeguard these invaluable components of biodiversity and ecosystem stability in the face of ongoing habitat loss and fragmentation.
The growing environmental concerns due to increased fossil fuel consumption have intensified the demand for sustainable and economically viable energy sources. Among the various energy storage devices, lithium-ion batteries (LIBs) are widely used in electronic devices and electric vehicles due to their high energy density and excellent cycle life. However, LIBs face challenges such as safety concerns due to side reactions, thermal expansion, and explosion risks, along with issues of limited resource availability and high costs. As a result, multivalent metals such as calcium, magnesium, zinc, iron, and aluminum are being explored as alternatives to lithium. Recently, there has been significant interest in developing aqueous zinc-ion battery (AZIB) due to their use of water as an electrolyte solvent, which enhances safety by reducing the risk of fire even in the event of a short circuit. Additionally, AZIBs offer benefits such as non-toxicity, fast ion conductivity, high volumetric capacity, and cost-effectiveness due to the abundance of zinc. Despite these advantages, AZIBs face challenges including dendrite formation on the zinc anode during cycling, leading to short circuits, corrosion, and hydrogen gas evolution, which can compromise battery performance and safety. This review discusses the underlying mechanisms of these issues and explores various strategies to stabilize the zinc anode and improve the overall performance of AZIBs.
Electrocatalytic activities and stabilities of Pt supported on Sb-doped $SnO_2$ (ATO) were examined for ethanol oxidation reactions. Pt colloidal particles were deposited on ATO nanoparticles (Pt/ATO) and the prepared electrocatalysts were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy (TEM), and cyclic voltammetry. Electrochemical activity of the Pt/ATO for ethanol electro-oxidation was compared to those of Pt supported on carbon (Pt/C) and commercial PtRu/C. The activitiy of the Pt/ATO was much higher than those of the Pt/C and commercial PtRu/C. The Pt/ATO exhibited much higher electrochemical stabilities than the Pt/C in 0.5M ${H_2}{SO_4}$ and in 0.5M ${H_2}{SO_4}$/1M ${C_2}{H_5}OH$. According to TEM, the growth rate of Pt particles was lower in the Pt/ATO than it was in the Pt/C. The ATO nanoparticle appears to be a promising support material that promotes electrochemical reactions and stabilizes catalyst particles in direct ethanol fuel cell.
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.
In this study, the electrochemical properties of SiOx@C composite materials were prepared to alleviate volume expansion and cycle stability of silicon and to increase the capacity of anode material for LIBs. SiO2 particles of 100, 200, and 500 nm were synthesized by the Stӧber method, and reduced to SiOx (0≤x≤2) through the magnesiothermic reduction method. Then, SiOx@C anode materials were synthesized by carbonization of PVC on SiOx. The physical properties of prepared SiOx and SiOx@C anode materials were analyzed by XRD, SEM, TGA, Raman spectroscopy, XPS and BET. The electrochemical properties were investigated by cycling performance, rate performance, CV and EIS test. As a result, the SiOx@C-7030 manufactured by coating carbon at SiOx : C = 70 : 30 on a 100 nm SiOx with the smallest particle size showed the best electrochemical properties with a discharge capacity of 1055 mAh/g and a capacity retention rate of 81.9% at 100 cycles. It was confirmed that cycle stability was impoved by reducing particle size and carbon coating.
Park, Ji Min;Kim, Daeun;Kim, Hae Bin;Bae, Joong Ho;Lee, Ye-Ji;Myoung, Jae In;Hwang, Eunkyoung;Yim, Taeeun;Song, Jun Ho;Yu, Ji-Sang;Ryu, Ji Heon
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.19
no.3
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pp.80-86
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2016
High Ni content layered oxide materials for the positive electrode in lithium-ion batteries have high specific capacity. However, their poor electrochemical and thermal stability at elevated temperature restrict the practical use. A small amount of $Al_2O_3$ was added to the mixture of transition metal hydroxide and lithium hydroxide. The $LiNi_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}O_2$ was simultaneously doped and coated with $Al_2O_3$ during heat-treatment. Electrochemical characteristics of modified $LiNi_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}O_2$ were evaluated by the galvanostatic cycling and the LSTA(linear sweep thermmametry) at the constant voltage conditions. The nano-sized $Al_2O_3$ added materials show better cycle performance at elevated temperature than that of micro-sized $Al_2O_3$. As the added amount of nano-$Al_2O_3$ increased, the thermal stability of electrode also enhanced, but the use of 2.5 mol% Al showed the best high temperature performance.
In order to overcome the cost issue for commercialization of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), this research was conducted for replacing platinum cathode catalyst with non-precious metal catalyst. The non-precious metal catalyst (Co-PANI-C) was synthesized by the simple reduction method with polyaniline (PANI), carbon black, and cobalt precursor without any heat treatment. Characterization of new Co-PANI-C composite catalysts was done by the measurement of X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA) for structure analysis and performed by rotating disk electrode (RDE) and rotating ring disk electrode (RRDE) for electrochemical analysis. As a result, Co-PANI-C catalyst showed 60 mV lower on-set potential for oxygen reduction reaction (ORR) than Pt/C catalyst, but the overall reduction current of Co-PANI-C catalysts by ORR was still smaller than that of Pt/C. In addition, the ORR behavior of Co-PANI-C catalysts depending on the rotation speed of electrode and the stability of Co-PANI-C catalyst under potential cycling and the performance of fuel cell conditions are also discussed.
In order to enhance ultra battery performances, the electrochemical characteristics of nano Pb/AC anode composite was investigated. Through nano Pb adsorption onto activated carbon, nano Pb/AC was synthesized and it was washed under vacuum process. The prepared anode materials was analysed by SEM, BET and EDS. The specific surface area and average pore size of nano Pb/AC composite were $1740m^2/g$ and 1.95 nm, respectively. The negative electrode of ultra battery was prepared by nano Pb/AC dip coating on lead plate. The electrochemical performances of ultra battery were studied using $PbO_2$ (the positive electrode) and prepared nano Pb/AC composite (the negative electrode) pair. Also the electrochemical behaviors of ultra battery were investigated by charge/discharge, cyclic voltammetry, impedance and rate capability tests in 5 M $H_2SO_4$ electrolyte. The initial capacity and cycling performance of the present nano Pb/AC ultra battery were improved with respect to the lead battery and the AC-coated lead battery. These experimental results indicate that the proper addition of nano Pb/AC into the negative electrode can improve the discharge capacity and the long term cycle stability and remarkably suppress the hydrogen evolution reaction on the negative electrode.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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