Two different types of graphite, such as flake graphite (FG) and spherical graphite (SG), were used as anode materials for a lithium-ion secondary battery in order to investigate their electrochemical performance. The FG particles were prepared by pulverizing natural graphite with a planetary mill. The SG particles were treated by immersing them in acid solutions or mixing them with various carbon additives. With a longer milling time, the particle size of the FG decreased. Since smaller particles allow more exposure of the edge planes toward the electrolyte, it could be possible for the FG anodes with longer milling time to deliver high reversible capacity; however, their initial efficiency was found to have decreased. The initial efficiency of SG anodes with acid treatments was about 90%, showing an over 20% higher value than that of FG anodes. With acid treatment, the discharge rate capability and the initial efficiency improved slightly. The electrochemical properties of the SG anodes improved slightly with carbon additives such as acetylene black (AB), Super P, Ketjen black, and carbon nanotubes. Furthermore, the cyclability was much improved due to the effect of the conductive bridge made by carbon additives such as AB and Super P.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.11
no.9
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pp.727-732
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1998
Ag-deposited graphite powder was prepared by a chemical reduction method of metal particles onto graphite powder. X-ray diffraction observation of Ag-deposited graphite powder revealed that silver existed in a metallic state, but not in an oxidized one. From SEM measurement, ultrafine silver particles were highly dispersed on the surface of graphite particles. Cylindrical lithium ion secondary battery was manufactured using Ag-deposited graphite anodes and $LiCoO_2$ cathodes. The cycleability of lithium ion secondary battery using Ag-deposited graphite anodes was superior to that of original graphite powder. The improved cycleability may be due to both the reduction of electric resistance between electrodes and the highly durable Ag-graphite anode.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1998.06a
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pp.387-390
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1998
New Ag-deposited graphite anodes were developed using wet chemical reduction methods for depositing Ag metal onto graphite particles. In this paper, we investigated X-ray diffraction pattern and charge-discharge behavior for Ag-deposited graphite anode. The Lithium ion cello using Ag-deposited graphite anode showed a high average discharge voltage of 3.6∼3.W and a excellent cycle ability than that of conventional graphite. Little capacity loss in this battery may be due to the highly durable Ag-deposited graphite anodes.
The work presented in this report was a detailed comparative study of the electrochemical response exhibited by graphite anodes in Li-ion batteries having different physical features. A comprehensive morphological and physical characterization was carried out for these graphite samples via X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Later, the electrochemical performance was analyzed using galvanostatic charge/discharge testing and the galvanostatic intermittent titration technique for these graphite samples as negative electrode materials in battery operation. The results demonstrated that a material having a higher crystalline order exhibits enhanced electrochemical properties when evaluated in terms of rate-capability performance. All these materials were investigated at high C-rates ranging from 0.1C up to 10C. Such improved response was attributed to the crystalline morphology providing short layers, which facilitate rapid Li+ ions diffusivity and electron transport during the course of battery operation. The values obtained for the electrical conductivity of these graphite anodes support this possible explanation.
One chambered sediment microbial fuel cell (SMFC) was equipped with Fe, brass (Cu/Zn), Fe/Zn, Cu, Cu/carbon cloth and graphite felt anode. Graphite felt was used as common cathode. The SMFC was membrane-less and mediator-less as well. Order of anodic performance on the basis of power density was Fe/Zn ($6.90Wm^{-2}$) > Fe ($6.03Wm^{-2}$) > Cu/carbon cloth ($2.13Wm^{-2}$) > Cu ($1.13Wm^{-2}$) > brass ($Cu/Zn=0.24Wm^{-2}$) > graphite felt ($0.10Wm^{-2}$). Fe/Zn composite anode have twisted 6.73% more power than Fe alone, Cu/carbon cloth boosted power production by 65%, and brass (Cu/Zn) produced 65% less power than Cu alone. Graphite felt have shown the lowest electricity generation because of its poor galvanic potential. The estuarine sediment served as supplier of oxidants or electron producing microbial flora, which evoked electrons via a complicated direct microbial electron transfer mechanism or making biofilm, respectively. Oxidation reduction was kept to be stationary over time except at the very initial period (mostly for sediment positioning) at anodes. Based on these findings, cost effective and efficient anodic material can be suggested for better SMFC configurations and stimulate towards practical value and application.
Silicon (Si) has attracted considerable attention due to its high theoretical capacity compared to conventional graphite anode materials. However, Si-based anode materials suffer from rapid capacity loss due to mechanical failure caused by large volume change during cycling. To alleviate this phenomenon, crosslinked polymeric binders with strong interactions are highly desirable to ensure the electrode integrity. In this study, thermally crosslinked polyimide binders were used for Si-alloy anodes in Li-ion batteries. The crosslinked polyimide binder was found to have high adhesion strength, resulting in enhanced electrode integrity during cycling. Therefore, the Si-alloy anodes with crosslinked polyimide binder provide enhanced electrochemical performance, such as Coulombic efficiency, capacity retention, and cycle stability.
Sediment microbial fuel cells (SMFCs) illustrated great potential for powering environmental sensors and bioremediation of sediments. In the present study, array anodes for SMFCs were fabricated with graphite rods as anode material and stainless steel plate as electric current collector to make it inconvenient to in situ settle down and not feasible for large-scale application. The results demonstrated that maximum power of 89.4 ㎼ was obtained from three graphite rods, twice of 43.3 ㎼ for two graphite rods. Electrochemical impedance spectroscopy revealed that three graphite rods resulted in anodic resistance of 61.2 Ω, relative to 76.0 Ω of two graphite rods. It was probably caused by the parallel connection of the graphite rods, as well as more biomass which could reduce the charge transfer resistance of the biofilm anode. The presently designed array configuration possesses the advantages of easy to enlarge the surface area, decrease in anodic resistance because of the parallel connection of each graphite rod, and convenience to berry into sediment by gravity. Therefore, the as prepared array node would be an effective method to fabricate large-scale SMFC and make it easy to in situ applicate in natural sediments.
Sediment works as a resource for electric cells. This paper was designed in order to verify how sediment cells work with anodic material such as metal and carbon fiber. As known quite well, sediment under sea, rivers or streams provides a furbished environment for generating electrons via some electron transfer mechanism within specific microbial population or corrosive oxidation on the metal surfaces in the presence of oxygen or water molecules. We experimented with one type of sediment cell using different anodic material so as to attain prolonged, maximum electric power. Iron, Zinc, aluminum, copper, zinc/copper, and graphite felt were tested for anodes. Also, combined type of anodes-metal embedded in the graphite fiber matrix-was experimented for better performances. The results show that the combined type of anodes exhibited sustainable electricity production for ca. 600 h with max. $0.57\;W/m^2$ Al/Graphite. Meanwhile, graphite-only electrodes produced max. $0.11\;W/m^2$ along with quite stationary electric output, and for a zinc electrode, in which the electricity generated was not stable with time, therefore resulting in relatively sharp drop in that after 100 h or so, the maximum power density was $0.64\;W/m^2$. It was observed that the corrosive reaction rates in the metal electrodes might be varied, so that strength and stability in the electric performances(voltage and current density) could be affected by them. In addition to that, COD(chemical oxygen demand) of the sediment of the cell system was reduced by 17.5~36.7% in 600 h, which implied that the organic matter in the sediment would be partially converted into non-COD substances, that is, would suggest a way for decontamination of the aged, anaerobic sediment as well. The pH reduction for all electrodes could be a sign of organic acid production due to complicated chemical changes in the sediment.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.15
no.4
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pp.193-197
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2014
Si-carbon composites as anode materials for lithium rechargeable batteries were prepared simply by mixing Si nanoparticles with carbon black and/or graphite through a solution process. Si nanoparticles were well dispersed and deposited on the surface of the carbon in a tetrahydrofuran solution. Si-carbon composites showed more than 700 mAh/g of initial capacity under less than 20% loading of Si nanoparticle in the composites. While the electrode with only Si nanoparticles showed fast capacity fading during continuous cycling, Si-carbon composite electrodes showed higher capacities. The cycle performances of Si nanoparticles in composites containing graphite were improved due to the role of the graphite as a matrix.
The SCBFC was composed of bilayered cathode, the outside of which was modified with $Fe^{3+}$ (graphite-Fe(III) cathode) and the inside of which was porcelain membrane, and of an anode which was modified with $Mn^{4+}$ (graphiteMn(lV) anode). The graphite-Fe(III), graphite-Mn(IV), and porcelain membrane were designed to have micropores. The outside of the cathode was exposed to the atmosphere and the inside was contacted with porcelain membrane. In all SCBFCS the graphite-Fe(III) was used as a cathode, and graphite-Mn(IV) and normal graphite were used as anodes, for comparison of the function between normal graphite and graphite-Mn(IV) anode. The potential difference between graphite-Mn(IV) anode and graphite-Fe(III) cathode was about 0.3 volt, which is the source for the electron driving force from anode to cathode. In chemical fuel cells composed of the graphite-Mn(IV) anode and graphite-Fe(III) cathode, a current of maximal 13 mA was produced coupled to oxidation of NADH to $NAD^{+}$ the current was not produced in SCBFC with normal graphite anode. When growing and resting cells of E. coli were applied to the SCBFC with graphite-Mn(IV) anode, the electricity production and substrate consumption were 6 to 7 times higher than in the SCBFC with normal graphite anode, and when we applied anaerobic sewage sludge to SCBFC with graphite-Mn(IV) anode, the electricity production and substrate consumption were 3 to 5 times higher than in the SCBFC with normal graphite anode. These results suggest that useful electric energy might possibly be produced from SCBFC without electron mediators, electrode-active bacteria, and extra energy consumption for the aeration of catholyte, but with wastewater as a fuel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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