Rahim, Ahmad Syahmi Abdul;Kufian, Mohd Zieauddin;Arof, Abdul Kariem Mohd;Osman, Zurina
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.13
no.1
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pp.128-137
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2022
For this study, the sol gel method was used to synthesize the spinel LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) electrode material. Structural, morphological, electrochemical, and kinetic aspects of the LNMO have been characterized. The synthesized LNMO was indexed with the Fd3m cubic space group. The excellent capacity retention indicates that the spinel framework of LNMO has the ability to withstand high rate charge-discharge throughout long cycle tests. The Li diffusion coefficient (DLi) changes non-monotonically across three orders of magnitude, from 10-9 to 10-12 cm2 s-1 determined from GITT method. The variation of DLi seemed to be related to three oxidation reactions that happened throughout the charging process. A small dip in DLi at the beginning stage of Li deintercalation is correlated with the oxidation of Mn3+ to Mn4+. While two pronounced DLi minima at 4.7 V and 4.75 V are due to the oxidation of Ni2+/Ni3+ and Ni3+/Ni4+ respectively. The depletion of DLi at the high voltage region is attributed to the occurrence of two successive phase transformation phenomena.
Chen, Fei;Zhang, Gang;Zhang, Yiluo;Cao, Shiyu;Li, Jun
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.13
no.3
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pp.362-368
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2022
The application of polymer composite electrolyte in all-solid-state lithium-sulfur battery (ASSLSBs) can guarantee high energy density and improve the interface contact between electrolyte and electrode, which has a broader application prospect. However, the inherent insulation of the sulfur-cathode leads to a low electron/ion transfer rate. Carbon materials with high electronic conductivity and electrolyte materials with high ionic conductivity are usually selected to improve the electron/ion conduction of the composite cathode. In this work, PEO-LiTFSI-LLZO composite polymer electrolyte (CPE) with high ionic conductivity was prepared. The ionic conductivity was 1.16×10-4 and 7.26×10-4 S cm-1 at 20 and 60℃, respectively. Meanwhile, the composite sulfur cathode was prepared with Sulfur, reduced graphene oxide and composite polymer electrolyte slurry (S-rGO-CPEs). In addition to improving the ion conductivity in the cathode, CPEs also replaces the role of binder. The influence of different contents of CPEs in the cathode material on the performance of the constructed battery was investigated. The results show that the electrochemical performance of the all-solid-state lithium-sulfur battery is the best when the content of the composite electrolyte in the cathode is 40%. Under the condition of 0.2C and 45℃, the charging and discharging capacity of the first cycle is 923 mAh g-1, and the retention capacity is 653 mAh g-1 after 50 cycles.
As the energy density of lithium-ion batteries (LIBs) continues to increase, various separators are being developed to with the aim of improving the safety performance. Although poly(imide) (PI)-based separators are widely used, it is difficult to control their pore size and distribution, and this may further increase the risk associated. Herein, a melamine phosphonic acid (MP)-coated PI separator that can effectively control the pore structure of the substrate is suggested as a remedy. After the MP material is embedded into the PI separator with a simple one-step casting process, it effectively clogs the large pores of the PI separator, preventing the occurrence of internal short circuits during charging. It is anticipated that the MP material can also suppress rapid thermal runaway upon cycling due to its ability to reduce the internal temperature of the LIB cell caused by the desirable endothermic behavior around 300℃. According to experiments, the MP-coated PI separator not only decreases the thermal shrinkage rate better than commercial poly(ethylene) (PE) separators but also exhibits a desirable Gurley number (109.6 s/100 cc) and electrolyte uptake rate (240%), which is unique. The proposed separator is electrochemically stable in the range 0.0-5.0 V (vs. Li/Li+), which is the typical working potential of conventional electrode materials. In practice, the MP-coated PI separator exhibits stable cycling performance in a graphite-LiNi0.83Co0.10Mn0.07O2 full cell without an internal short circuit (retention: 90.3%).
Park, Sun Min;Yu, Ho Jun;Kim, Kwang Hyun;Kang, Yun Chan;Cho, Won Il
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.20
no.2
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pp.27-33
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2017
Conventional lithium ion batteries suffer from notorious safety issues caused by inevitable lithium dendrite formation and proliferation during over/fast charging processes. The lithium dendrites or mechanical damage on the separator induce internal short circuit in LiB that generates extensive amount of heat within contacted electrode surfaces through the separator. During this heat generation, conventional polyolefin separators shrinks dramatically, and increasing short circuit pathway, that causes the battery to explode. To overcome this serious issue, ceramic coated separators are developed in commercial LiB to enhance thermal and mechanical stability. In this paper, various size(IL = 488.5 nm, I = 538.7 nm, S = 810.3 nm, D = 1533.3 nm) of $Al_2O_3$ particles are coated using styrene-butadiene rubber(SBR) / carboxymethyl cellulose(CMC) binder on PE separator to investigate its thermal stability and electrochemical effect on LiB coin cell with NCM cathode and Li metal anode.
Kim, Hak-Joon;Han, Bang-Woo;Oh, Won-Seok;Hwang, Gyu-Dong;Kim, Yong-Jin;Hong, Jeong-Hee
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.1
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pp.27-34
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2010
In a test duct with closed configuration, particle removal performance of an edge-plate type electrostatic precipitator (ESP) was evaluated at a high flow rate in $CO_2$ rich environments by changing gap distances between collection plates, concentrations of $CO_2$, particle sizes, types of electrodes, and types of power supplies. At the same experimental conditions, collection efficiency of particles with the mean particle size, 300 nm, decreased as the gap distance and $CO_2$ concentration increased because of low electrostatic force and low discharged current. In addition, as the particle size increased, the efficiency increased because of high charging rate of the large particles. With the electrode type which has higher surface area of a discharging plate and with the power supply which applied 25 kHz-pulsed DC voltages, the removal efficiency was high even in rich $CO_2$ condition due to high electrostatic force at the same power consumption.
Excess tritium analysis was peformed to verify whether or not cold fusion occurs during electrolysis of heavy water in the current density range of 83~600 mA/$\textrm{cm}^2$ for a period of 24 ~ 48 hours with use of palladium electrodes of seven different processing treatments and geometries. The extent of recombination of D$_2$ and $O_2$gases in the electrolytic cell was measured for the calculation of accurate enthaplpy values. The behavior and interaction of hydrogen atoms with defects in Pd electrodes were examined using the Sieverts gas charging and the positron annihilation(PA) method. Slight enrichment of tritium observed was attributed to electrolytic enrichment but not to the formation of a by-product of cold fusion. The extent of recombination of D$_2$and $O_2$gases was 32%. Hence the excess heat measured during the electrolysis was considered to be due to the exothermic reaction of recombination but not to nuclear fusion. Lifetime results from the PA measurements on the Pd electrodes indicated that hydrogen atoms could be trapped at dislocations and vacancies in the electrodes and that dislocations were slightly more preferred sites than vacancies. It was also inferred from R parameters that the formation of hydrides was accompanied by generation of mostly dislocations. Doppler broadening results of the Pd electrodes indicated that lattiec defect sites where positrons were trapped first increased and then decreased, and this cycle was repeated as electrolysis continued. It can be inferred from PA measurements on the cold-rolled Pd and the isochronally annealed Pd hydride specimens that microvoid-type defects existed in the hydrogen-charged electrode specimen.
Vanadium redox flow battery (VRFB) is an energy conversion device in which charging and discharging are alternatively carried out by oxidation and reduction reactions of vanadium ions with different oxidation states. VRFB consists of electrolyte, electrode, ion-exchange membrane, etc. The role of ion-exchange membranes in VRFB separates anolyte and catholyte and provides a high conductivity to hydrogen ions. Recently much attention has been devoted to develop ideal ion-exchange membranes for VRFB. A number of developed ion-exchange membranes should be evaluated to find out ideal ion-exchange membranes for VRFB. Long-term durability test is a crucial characterization of ion-exchange membranes for commercialization, but is very time-consuming. In this study, the life time prediction protocol of ion-exchange membranes in VRFB cell tests was developed through short-term single cell performance evaluation (real total operation time, 87.5 hrs) at three different current densities. We confirmed a decrease in test time up to 96.2% of real durability tests (expected total operation time, 2,296 hrs) and 5~6% of relative error discrepancy between the predicted and the real life time in a unit cell.
An organic radical polymer (ORP) was prepared by radical polymerization and following oxidation into nitroxyl radical. Two different oxidation methods were employed and their radical concentrations were measured using electroparamagnetic resonance spectroscopy (EPR) and UV-visible absorption (UV-vis) spectroscopy. From these measurements, $H_2O_2-Na_2WO_4$ oxidation method exhibited a complete oxidation, which resulted in 97.6% spin concentration. Also, it was revealed that convenient and cheap UV-vis measurement was useful for preliminary radical concentration comparison. After applied as a cathode material in lithium ion batteries, ORP electrode showed a high initial capacity ($110mAh\;g^{-1}$), a good initial efficiency (96%), a very high rate performance (70% charging during 1.2 min) and stable cycle performance.
Nanofibers comprising reduced graphene oxide (rGO) and Mo2C/Mo2N nanoparticles (Mo2C/Mo2N rGO NFs) were prepared for a functional interlayer of Li-S batteries (LSBs). The well-dispersed Mo2C and Mo2N nanoparticles in the nanofiber structure served as active polar sites for efficient immobilization of dissolved lithium polysulfide. The rGO nanosheets in the structure also provide conductive channels for fast ion/electron transport during charging-discharging and ensured reuse of lithium polysulfide during redox reactions through a fast charge transfer process. As a result, the cell assembled with Mo2C/Mo2N rGO NFs-coated separator and pure sulfur electrode (70 wt% of sulfur content and 2.1 mg cm-2 of sulfur loading) showed a stable discharge capacity of 476 mA h g-1 after 400 charge-discharge cycles at 0.1 C. Furthermore, it exhibited a discharge capacity of 574 mA h g-1 even at a high current density of 1.0 C. Therefore, we believe that the proposed unique nanostructure synthesis strategy could provide new insights into the development of sustainable and highly conductive polar materials as functional interlayers for high performance LSBs.
The rapid increase in energy consumption based on fossil fuels is accelerating global warming. In particular, the road transportation sector has high carbon dioxide emissions, so transitioning towards electric vehicles is recommended. Thus, the importance of secondary batteries is increasing. Secondary batteries are reversible batteries that use energy and can be reused through a charging and discharging process. Currently, lithium-ion batteries are widely used. Secondary batteries place importance on six major factors: energy, output, lifespan, environmental friendliness, cost, and stability. Research is actively being conducted to satisfy all six factors by understanding the material characteristics of each component of the battery. As it is difficult to move away from lithium as a cathode material, researchers are investigating higher performance materials that mix materials such as cobalt, nickel, manganese, and aluminum with lithium and use graphite, silicon, and lithium metal to increase capacity. In the case of electrolytes, liquid electrolytes are still mainly used. However, solid electrolytes are being studied due to their stability, but additional research must be conducted to satisfy the energy and output factors. This review paper aims to provide an understanding of secondary batteries through an overview of secondary batteries, the materials and characteristics of their components, their technological trends, and their associated companies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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