The energy density of lithium-ion batteries (LIBs) determines the mileage of electric vehicles. For increasing the energy density of LIBs, it is necessary to develop high-capacity active materials that can store more lithium ions within constrained weight. The rapid progress made in cathode technology has realized the utilization of the near-theoretical capacity of cathode materials. In contrast, commercial LIBs have still exploited graphite as active material in anodes since the 1990s. The most promising way to increase anodes' capacity is to mix high-capacity and long-cycle-life silicon oxides (SiOx) with graphite. However, the low initial Coulombic efficiency (ICE) of SiOx limits its content below 15 wt%, impeding the capacity increase in anodes. To address this issue, various prelithiation techniques have been proposed, which can improve the ICE of high-capacity anode materials. In this review paper, we introduce the principles and expected effects of prelithiation techniques reported so far. According to the reaction mechanisms, the strategies are categorized. Mainly, we focus on the recent progress of solution-based chemical prelithiation methods with commercial viability, of which lithiation reaction occurs homogeneously at liquid-solid interfaces. We believe that developing a cost-effective and mass-scalable prelithiation process holds the key to dominating the anode market for next-generation LIBs.
The development of cost-effective electrocatalysts with high durability is one of the most important challenges for the commercialization of polymer electrolyte fuel cells (PEFCs). The durability of the electrocatalyst has been studied in terms of structural change in the active metal and the support. In particular, in fuel cell vehicles, degradation of the carbon-based support is known to have a significant effect on the electrocatalyst deterioration since the start-up/shut-down cycle is frequently repeated. The requirements for the support of the electrocatalyst include high surface area, electrical conductivity, chemical stability, and so on. In this study, we propose the evaluation methods for choosing better support materials and present the physicochemical properties that promising carbon supports should have. Three kinds of carbon materials with different crystallinity are compared. From in-depth study using X-ray diffraction, Raman spectroscopy, thermogravimetric analysis, and accelerated stress test, it is clearly confirmed that the durability of carbon-supported electrocatalysts is closely related to the physicochemical properties of the carbon supports.
MgO or gadolinium-doped ceria (GDC, $Ce_{0.9}Gd_{0.1}O_{2-{\delta}}$) was added as a promoter to improve the oxygen transfer kinetics of $MgMnO_3$ oxygen carrier material for chemical looping combustion. Neither MgO nor GDC reacted with $MgMnO_3$, even at the high temperature of $1100^{\circ}C$. The average oxygen transfer capacities of $MgMnO_3$, 5 wt% $MgO-MgMnO_3$, and 5 wt% $GDC-MgMnO_3$ were 8.74, 8.35, and 8.13 wt%, respectively. Although the addition of MgO or GDC decreased the oxygen transfer capacity, no further degradation was observed during their use in 5 redox cycles. The addition of GDC significantly improved the conversion rate for the reduction reaction of $MgMnO_3$ compared to the use of MgO due to an increase in the surface adsorption process of $CH_4$ via oxygen vacancies formed on the surface of GDC. On the other hand, the conversion rates for the oxidation reaction followed the order 5 wt% $GDC-MgMnO_3$ > 5 wt% $MgO-MgMnO_3$ >> $MgMnO_3$ due to morphological change. MgO or GDC particles suppressed the grain growth of the reduced $MgMnO_3$ (i.e., (Mg,Mn)O) and increased the specific surface area, thereby increasing the number of active reaction sites.
Hydrogen isotope exchange in mixtures of $H_2O/D_2$, $H_2O/D_2O$, or $D_2O/H_2$ can be facilitated under electrical discharge. For example, a simple DC corona discharge through the mixture creates a plasma in which the reactants are excited energetically. The reactants in such plasma, due to increase in population of excited quantum levels or due to production of radicals or ions, undergo very rapid chemical reactions even at ambient temperature. The isotope exchange reaction of hydrogen(H) and deuterium(D) produces the third kind of heavy water(HDO) and isotopic hydrogen gas(HD), as shown in $D_2+H_2O{\rightarrow}HD$ K=11.257(at $25^{\circ}C$) The reaction products can be detected with temporal resolution using the Fourier transform infrared(FTIR) absorption spectroscopy. Since $H_2O$, $D_2O$ and HDO are all infrared active with different absorption peaks, FTIR proves to be a useful tool for monitoring the reaction. Experimental results show that the electrical method is indeed a useful means to promote the reaction, showing a better efficiency than traditional catalytic methods.
Park, Dal-Ryung;Park, Hyung-Sang;Oh, Young-Sam;Cho, Won-Ihl;Paek, Young-Soon;Pang, Hyo-Sun
Journal of Energy Engineering
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v.6
no.1
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pp.26-33
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1997
Highly crystalline Cu-ZSM5 was prepared without using organic templates. Several ion exchange treatments between Na$\^$+/ and Cu$\^$2+/ brought about excess loading of copper ions on the ZSM5 zeolite and the resultant zeolite was active for the decomposition of NO. This indicates that the copper ions excessively loaded on the ZSM5 zeolite are effective for the NO decomposition. When oxygen was added to a reactants, the conversion of NO decreased. NO, O$_2$TPD experiments explained that the active sites for NO decomposition and the adsorption sites of O$_2$, were the same. O$_2$, at the surface of ZSM5 zeolite was desorbed incompletely after pretreatment at 500$^{\circ}C$, and CU-ZSM5 pretreated with H$_2$at 500$^{\circ}C$ showed promoted activity at the start of reaction. Thus, it seems clear that O$_2$, adsorbed ai the surface of catalyst inhibits the catalytic activity.
In this study, the effect of calcination temperature on the production of RuTi catalyst in NH3-SCO (selective catalytic oxidation) was investigated. The RuTi catalyst was prepared using the wet impregnation method, and calcined at 400~600 ℃ for 4 h in air condition. The catalysts were named RuTi x00 where x00 means the calcination temperature. According to XRD (X-Ray diffraction), TEM (transmission electron microscope), H2-TPR (H2-temperature programmed reduction) analyses, RuTi x00 catalysts displayed that the dispersion of active metal decreased via increasing the calcination temperature. The catalysts with low dispersion showed a decrease in the surface adsorption oxygen species (Oβ) and NH3 adsorption amount via XPS, and NH3-TPD analyses. Therefore, the RuTi 400 catalyst was well dispersed in the active metal on TiO2 surface, and also, the NH3 removal efficiency was excellent.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1997.04a
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pp.269-272
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1997
The Lithium ion secondary battery has been developed for high energy density of portable electrical device and electronics. Among the many conductive polymer materials, the positive active film for Li polymer battery system was synthesized successfully from polyphenylene diamine(PPD) by chemical polymerization in our lab. And PPD-DMcT(2, 5-dimercapto-1, 3, 4-thi-adiazole) composite flim conductive material, at high temperature was also prerared with the addition of dimethylsulfoxide(DMSO). The surface morphology and thermal stability of prepared composite flim was carried out by using SEM and TGA, respectively. Electrochemical and electrical conductivity of composite flim were also discussed by cyclic voltammetry and four-probe method in dry box(<27pm). And the electrode reaction mechanism was detected and analyzed from the half cell unit battery system.
In this study, novel $Ag_2Se$ sensitized $TiO_2$ nanocomposites were prepared by facile sonochemical assisted synthesis method. The as-prepared products were characterized by X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive X-ray (EDX) analysis, transmission electron microscopy (TEM), and N2 adsorption BET analysis. The as-prepared $Ag_2Se/TiO_2$ nanocomposites simultaneously possessed great adsorptivity for organic dyes and efficient charge separation properties. In the decolorization of rhodamine B, a significant enhancement in the reaction rate was observed for the $Ag_2Se/TiO_2$ nanocomposite compared to the cases of using pure P25 or $TiO_2$. The sonocatalysis activity was higher due to the greater formation of reactive radicals, as well as to the increase of the active surface area of the $Ag_2Se/TiO_2$ nanocomposite.
Lee, Jae Hun;Lee, Jung Ho;Park, Yong Sun;Nam, Ki Tae
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.280-280
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2013
In green plants, energy generation is accomplished through light-harvesting photosystem, which utilize abundant visible light and multi-stepwise redox reaction to oxidize water and reduce NADP+, transferring electrons efficiently with active cofactors1. Inspired by natural photosynthesis, artificial solar water-splitting devices are being designed variously. However, the several approaches involving immobilization2, conjugation3, and surface modification4 still have limitations. We have made artificial photosynthesis templates by self-assembling tyrosine-based peptide to mimick photosystem II. Porphyrin sensitizer absorbing blue light strongly was conjugated with the templates and they were hybridized with cobalt oxide through the reduction of cobalt ions in an aqueous solution. The formation of hybrid templates was characterized using TEM, and their water oxidation performance was measured by fluorescence oxygen probe. Our results suggest that the bio-templated assembly of functional compounds has a great potential for artificial photosynthesis.
Yoo, Yoon-Jong;Kim, Hong-Soo;Singh, Ranjeet;Xiao, Penny;Webley, Paul A.;Chaffee, Alan L.
Applied Chemistry for Engineering
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v.20
no.6
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pp.663-669
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2009
The honeycomb adsorbent was prepared for adsorbing and seadsorbent was prepared by using zeolite sheet, which contained zeolite as component. The steady-state adsorption properties and surface morphologies were analyzed and breakthrough characteristics were ananlyzed by providing 16% carbon dioxide mixed gas. By thermal regeneration, carbon dioxide concentration properties were analyzed, and the adsorptive separation process was compared between thermal swing adsorption and pressure swing adsorption after adsorbent temperature change during heating. The breakthrough results of the honeycomb showed possibility parating carbon dioxide from combustion exhaust gas, which had deep impact on climate change, and the characteristics of the adsorbent were studied. Na-X zeolite was coated on a honeycomb prepared with ceramic sheet or active carbon sheet so that the two honycomb can be used at high temperature. Third honeycomb of rotary adsorptive concentration process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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