Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.32
no.1
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pp.79-86
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2010
Effects of operating parameters such as applied voltage, solution conductivity, ferrous ion concentration, electrode material on phenol degradation by pulsed corona discharges were investigated in laboratory scale experiments. The increase of applied voltage enhanced the phenol degradation by generating more energetic electrons. The solution conductivity inversely affected phenol removal rate in the tested ranges because the increase of conductivity decreased the electric field strength through the liquid phase. The addition of ferrous sulfate promoted the phenol degradation through the OH radical production by the Fentonlike reactions between ferrous ion and hydrogen peroxide generated by pulsed corona discharges. Catechol and hydroquinone were detected as primary intermediates of phenol degradation and the decrease of pH and the increase of conductivity were observed probably due to the generation of organic acids. Almost all of the initial phenol was disappeared and 29% of total organic corbon (TOC) was removed in the condition of 0.5 mM of ferrous sulfate after approximately 230 kJ of discharge energy transferred to the reactor.
In this review, the studies on the electrochemical properties of $TiO_2$ nanotube as an anode material of lithium-ion battery, which was prepared by an alkaline hydrothermal reaction and anneling process, were investigated andanalyzed in terms of charge-dischage characteristics. Up to date, a maximum discharge capacity of $338mAh\;g^{-1}$(x=1.01) was achieved by the nanotube with $TiO_2(B)$ phase, whereas the theoretical capacity of $TiO_2$ anode was $335mAh\;g^{-1}$(x=1) in the basis of $Li_xTiO_2$ as a product of electrochemical reaction between $TiO_2$ and lithium. This was due to fast lithium transport by a shortened diffusion path provided by controlling the nanostructure of $TiO_2$, because the self-diffusion of lithium was slow in a basis of its activation energy as 0.48 eV. Due to an excellent ion storage capabilities in both the surface and the bulk phase, the $TiO_2$ nanotube could be a promising active material as both an anode of lithium-ion battery and an electrode of capacitor with high-rate performances.
Song, Danoh;Lee, Seung Hyun;Kim, Kyuman;Ryou, Myung-Hyun;Park, Won Ho;Lee, Yong Min
Applied Chemistry for Engineering
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v.26
no.6
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pp.674-680
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2015
A solvent-soluble polyimide (PI) polymeric binder was synthesized by a two-step reaction for silicon (Si) anodes for lithium-ion batteries. Polyamic acid was first prepared through ring opening between two monomers, bicyclo[2,2,2]oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride (BCDA) and 4,4-oxydianiline (ODA), followed by condensation reaction. Using the synthesized PI polymeric binder (molecular weight = ~10,945), the coating slurry was then prepared and Si anode was fabricated. For the control system, Si anode based on polyvinylidene fluoride (PVDF, molecular weight = ~350,000) having the same constituent ratio was prepared. During precycling, PI polymeric binder revealed much improved discharge capacity ($2,167mAh\;g^{-1}$) compared to that of using PVDF polymeric binder ($1,740mAh\;g^{-1}$), while the Coulombic efficiency of two systems were similar. PI polymeric binder improved the cycle retention ability during cycles compared to that of using PVDF, which is attributed to an improved adhesion property inside Si anode diminishing the dimensional stress during Si volume changes. The adhesion property of each polymeric binder in Si anode was confirmed by surface and interfacial cutting analysis system (SAICAS) (Si anode based on PI polymeric binder = $0.217kN\;m^{-1}$ and Si anode based on PVDF polymeric binder = $0.185kN\;m^{-1}$).
Kim, Ick-Jun;Yang, Sunhye;Jeon, Min-Je;Moon, Seong-In;Kim, Hyun-Soo
Applied Chemistry for Engineering
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v.19
no.4
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pp.407-412
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2008
As an activation procedure, in this study, the oxidation treatment of needle cokes with a dilute nitric acid and sodium chlorate $(NaClO_3)$, combined with heat treatment, was attempted. The structures of acid-treated and pyrolyzed coke were examined with XRD, FESEM, elemental analyzer, BET, and Raman spectroscopy. The behavior of double layer capacitance was investigated with the analysis of charge and discharge. The structure of needle coke treated with acid was revealed to a single phase of (001) diffraction peak after 24 h. On the other hand, thecoke oxidized by heat treatment was reduced to a graphite structure of (002) at $300^{\circ}C$. The distorted graphene layer structure, derived from the process of oxidation and reduction of the inter-layer, makes the pores by the electric field activation at the first charge, and generates the double layer capacitance from the second charge. The cell using pyrolyzed coke with 24 h acid treatment and $300^{\circ}C$ heat treatment exhibited the maximum capacitance per weight and volume of 33 F/g and 30 F/mL at the two-electrode system in the potential range of 0~2.5 V.
In this study, the electrochemical performance of Graphite/Silicon/Pitch composites as anode material was investigated to improve the low theoretical capacity of artificial graphite. Spherical artificial graphite surface was coated with polyvinylpyrrolidone (PVP) amphiphiles material to synthesize Graphite/Silica material by silica islands growth. The Graphite/Silicon/Pitch composites were prepared by petroleum pitch coating and magnesiothermic reduction. The Graphite/Silicon/Pitch composite electrodes manufactured using poly(vinylidene fluoride) (PVDF), carboxymethyl cellulose (CMC) and polyacrylic acid (PAA) binders. The coin type half cell was assembled using various electrolytes and additives. The Graphite/Silicon/Pitch composites were analysed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM) and a thermogravimetric analyzer (TGA). The electrochemical characteristics of Graphite/Silicon/Pitch composite were investigated by constant current charge/discharge, rate performance, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The Graphite/Silicon/Pitch composites showed high cycle stability at a graphite/silica/pitch ratio (1:4:8 wt%). When the electrode is prepared using PAA binder, the high capacity and stability is obtained. The coin type half cell assembled using EC: DMC: EMC electrolyte showed high initial capacity (719 mAh/g) and excellent cycle stability. The rate performance has an capacity retention (77%) at 2 C/0.1 C and an capacity recovery (88%) at 0.1 C / 0.1 C when the vinylene carbonate (VC) was added.
$(Pb_{0.98}La_{0.08})(Zr_{0.65}Ti_{0.35})O_3$ (PLZT) thin films with $TiO_2$ buffer layers were deposited on Pt/Ti/$SiO_2$/Si substrates by an R.F. magnetron sputtering method in order to improve the ferroelectric characteristics of the films. And the ferroelectric properties and crystallinities of the PLZT thin films were investigated in terms of the effects of the post annealing temperatures of $TiO_2$ buffer layers between a platinum bottom electrode and PLZT thin film. The ferroelectric properties of the PLZT thin films improved as increasing of the post annealing temperatures of $TiO_2$ layers, thereby reaching their maximum at $600^{\circ}C$.
Frequency dependency or electrical property stabilization during vulcanization of modified NR/IR composite materials was studied using in-situ electrical property measuring technique. Volume resistivity(p) before and after vulcanization reaction of the sample was measured as the function or frequency in the range or 1Hz to 10kHz at reaction temperatures of 130, 140, 150, and $160^{\circ}C$, respectively. A double stabilization mode of frequency dependency was observed, in which a slow stabilization process of p to a value of ca. $1.0{\times}10^7\;{\Omega}-cm$ occurred after a drastic initial decrease from ca. $9.0{\times}10^7\;{\Omega}-cm$. In addition, notable temperature dependencies of p values were also observed before and after vulcanization reaction, that is, p values at 130 and $140^{\circ}C$ after vulcanization were observed as about 1/3 of those values before vulcanization. All the observed facts were considered as the results from the interaction between the electrode and the bulk sample materials, i.e., electronic charge-discharge, and from the structure change of samples including CB rearrangement by the vulcanization.
$Li_4Ti_5O_{12}$ is a promising next-generation anode material for lithium-ion batteries due to excellent cycle life, low irreversible capacity, and little volume expansion during charge-discharge process. However, it has poor charge capacity at high current density due to its low electrical conductivity. To improve this weakness, porous $Li_4Ti_5O_{12}$ was synthesized by sol-gel method with P123 as chelating agent. The physical characteristics of as-prepared sample was investigated by XRD, SEM, and BET analysis, and electrochemical properties were characterized by cycle performance test, cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS). $Li_4Ti_5O_{12}$ synthesized by 0.01mol ratio of P123/Ti showed most unified particle size, high specific surface area, and relatively high porosity. EIS analysis showed that depressed semicircle size was remarkably reduced, which suggested resistance value in electrode was decreased. Capacity in rate performance showed 178 mAh/g at 0.2C, 170 mAh/g at 0.5C, 110 mA/h at 5C, and 90 mAh/g at 10C. Capacity retention also showed 99% after rate performance.
A flow channel shape of PEMFC has an influence on the internal flow uniformity. If the reactant distribution in a flow path is not uniform during operation, both catalyst deactivation and mechanical damage of membrane could occur resulting in decreasing the membrane electrode assembly (MEA) durability. Numerous studies concerning flow design have been conducted to make smooth supply and uniform distribution of reactants in fuel cells. The baffle of flow path could improve fuel cell performance through the forced convection effect. A sub-channel, as an additional air flow path, could increase the reactant concentration and reduce the mass transfer loss via a smooth water discharge. In this study, computational fluid dynamics (CFD) was used to analyze the effect of blocks and sub-channels on the current density and oxygen concentration of the fuel cell. As a result, the limit current density and oxygen concentration at a rear block increased when using blocks and sub-channels in a flow channel. In particular, the current density increased significantly when the sub-channel was placed between two blocks. Also, the sub-channel position was optimized by analyzing the oxygen concentration, and the oxygen concentration was recovered at a rear block in the fuel cell.
Graphite has been used as an anode material for lithium-ion batteries for the past 30 years due to its low de-/lithiation voltage, high theoretical capacity of 372 mAh/g, low price, and long life properties. Recently, all-solid-state lithium-ion batteries (ASSLB), which are composed of inorganic solid materials with high stability, have received great attention as electric vehicles and next-generation energy storage devices, but research works on graphite that works well for ASSLB systems are insufficient. Therefore, we induced the performance improvement of ASSLB anode electrode graphite material by removing the amorphous carbon present in the carbon material surface, acting as a resistive layer from the graphite. As a result of X-ray diffraction (XRD) analysis using heat treated graphite in air at 400, 500, and 600 ℃, the full width at half maximum (FWHM) at (002) peak was reduced compared to that of bare graphite, indicating that the crystallinity of graphite was improved after heat treatment. In addition, the discharge capacity, initial coulombic efficiency (ICE) and cycle stability increased as the crystallinity of graphite increased after heat treatment. In the case of graphite annealed in air at 500 ℃, the high capacity retention rate of 331.1 mAh/g and ICE of 86.2% and capacity retention of 92.7% after 10-cycle measurement were shown.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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