The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.24
no.2
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pp.127-132
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2024
Recently, secondary batteries, commonly known as rechargeable batteries, find widespread applications across various industries. Particularly valued for their compact and lightweight characteristics, they play a crucial role in diverse portable electronic devices such as smartphones, laptops, and tablets, offering high energy density and efficient charge-discharge capabilities. Moreover, they serve as vital components in electric vehicles and contribute significantly to the field of renewable energy as part of Energy Storage Systems(ESS). However, despite advancements in this technology, issues such as reduced lifespan, cracking, damage, and even the risk of fire can arise due to excessive charging and discharging of secondary batteries. To address these challenges, Battery Management System(BMS) are employed to protect against overcharging and improve overall performance. Nevertheless, understanding the protective range settings of BMS using lithium-ion batteries, the most commonly used secondary batteries, and lead-acid batteries can be challenging. Therefore, this paper aims to utilize a battery charge-discharge tester and simulator to investigate the charging and discharging characteristics of lithium-ion batteries and lead-acid batteries, addressing the associated challenges of reduced lifespan, cracking, damage, and fire hazards in secondary batteries.
Lithium-ion batteries (LIBs) have attracted significant attention as potential energy storage solutions due to their high energy density, minimal self-discharge, extended cycle life, and absence of memory effects. However, conventional LIBs use graphite as the anode material and as a result struggle to meet the increasing demand for higher energy density because of the low theoretical capacity of graphite. In order to enhance Li storage capacity and address the current limitations of LIBs, this study designed and analyzed SnO2 nanoflakes/CNF, which is an advanced anode material with a unique hierarchical structure synthesized via a facile method involving incipient wetness followed by annealing. The in-situ formed SnO2 nanoflakes improve the electrolyte accessibility and shorten the ion and electron transport pathways, thereby enhancing the reaction kinetics. Additionally, the CNF matrix enhances the electrical conductivity, accelerates electron transport, and mitigates volume changes. The integrated SnO2 nanoflakes/CNF cell demonstrated outstanding cycling performance and excellent rate capability, achieving a notable reversible capacity of 636 mAh g-1 after 100 cycles at 0.1 C. This study provides valuable insights into the design of high-efficiency anode materials for the advancement of high-performance LIBs.
Jeon Eun Jeong;Yoon Young Soo;Nam Sang Cheol;Cho Won Il;Shin Young Wha
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.3
no.2
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pp.115-120
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2000
All solid-state thin film micro-batteries consisting of lithium metal anode, an amorphous LiPON electrolyte and cathode of vanadium oxide have been fabricated and characterized, which were fabricated with cell structure of $Li/LiPON/V_2O_5Pt$. The effect of various oxygen partial pressure on the electrochemical properties of vanadium oxide thin films formed by d.c. reactive sputtering deposition were investigated. The vanadium oxide thin film with deposition condition of $20\%\;O_2/Ar$ ratio showed good cycling behavior. In in-siか process, the LiPON electrolyte was deposited on the $V_2O_5$ films without breaking vacuum by r.f. magnetron sputtering at room temperature. After deposition of the amorphous LiPON, the Li metal films were grown by a thermal evaporator in a dry room. The charge-discharge cycle measurements as a function of current density and voltage variation revealed that the $Li/LiPON/V_2O_5$ thin film had excellent rechargeable properly when current density was $7{\mu}A/cm^2$. and cut-off voltage was between 3.6 and 2.7V In practical experiment, a stopwatch ran on this $Li/LiPON/V_2O_5$ thin film micro-battery. This result means that thin film micro-battery fabricated by in-siか process is a promising for power source for electronic devices.
Amorphous $V_2O_5$ cathode thin films were prepared by DC-magnetron sputtering at room temperature and the thin film rechargeable lithium batteries were fabricated with the configuration of $V_2O_5/LIPON/Li$ using sequential ex-situ thin film deposition techniques. The electrochemical characteristics of $V_2O_5$ cathode materials Prepared at 80/20 of $Ar/O_2$ ratio showed high capacity and cycling behaviors by half cell test. LIPON solid electrolytes films were prepared by RF-magnetron sputtering using the self-made $Li_3PO_4$ target in pure $N_2$ atmosphere, and it was very stable for lithium contact in the range of 1.2-4.0 V vs. Li. Metallic lithium were deposited on LIPON electrolyte by thermal evaporation methode in dry room. Vanadium oxide based full cell system showed the initial discharge capacity of $150{\mu}A/cm^2{\mu}m$ in the range of $1.2\~3.5V$.
Seong, Ji Young;Lee, Jong-Won;Im, Won Bin;Kim, Sung-Soo;Jung, Kyu-Nam
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.18
no.2
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pp.45-50
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2015
In the present work, to increase the chemical stability of the lithium-ion-conducting ceramic electrolyte ($Li_{1+x+y}Al_xTi_{2-x}Si_yP_{3-y}O_{12}$, LATP) in the strong alkaline solution, the surface of LATP was modified by the nitridation process. The surface and structural properties of nitride LATP solid electrolyte were characterized by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectrometer and scanning electron microscopy and ac-impedance spectroscopy, which were correlated to the chemical stability and electrochemical performance of LATP. The nitrided LATP immersed in the alkaline solution for 30 days exhibits the enhanced chemical stability than the pristine LATP. Moreover, a rechargeable hybrid Li-air battery constructed with the nitrided LATP solid electrolyte shows considerably reduced discharge-charge voltage gaps (enhanced the round-trip efficiency) in comparison to the cell constructed with pristine LATP, which indicate that the surface nitridation process can be the efficient way to improve the chemical stability of solid electrolyte in alkaline media.
Hwang, Min Ji;Lee, Won Jae;Doh, Chil Hoon;Son, Yeong Guk
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.16
no.2
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pp.85-90
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2013
Graphite is a commercial anode material to have the specific capacity of 372 mAh/g and the true density of 2.2 g/ml. Many effort had been pouring to find out the better material than graphite. Good candidates are silicon, tin, etc. Zinc is also a plausible candidate to have the specific capacity of 412 mAh/g and the true density of 7.14 g/ml. In this study, the Zn based anode material including indium and nickel as minor additives was synthesised. In order to get the homogeneouly mixed Zn-In-Ni composite material, the sol-gel method was used. The anode prepared by Zn-In-Ni composite material has the $1^{st}$ specific capacity of 910 mAh/g. Through prolonged charge-discharge cycling, the specific capacities were reduced to 365 (at $31^{st}$ cycle) and 378 mAh/g (at $62^{th}$ cycle). The $1^{st}$ Ah efficiency was 45% and Ah efficiencies were exhibited at the prolonged cycle.
In this review, we describe the electrochemical properties of spinel-type lithium manganese oxides $(Li_xMn_2O_4)$ and their failure modes encountered in 4 V lithium rechargable cells. The long-term cyclability (reversibility) of spinel electrodes is determined partly by the purity, size and distribution of spinel particles, and also by the microstructure of electrode plates. A proper selection of electrolytes is another important task in cyclability enhancements. In the spinel preparation, impurity formation and cation mixing should be minimized. The carbon content in composite cathodes should also be minimized to the extent where the cell polarization does not bring about adverse effects on cell performances. The binder content should be optimized on the basis of dispersion of component materials and mechanical strength of the plates. Cathodic capacity losses arising from solvent oxidation and spinel dissolution can be mitigated by using electrolytes composed of carbonates and/or fluorine-containing lithium salts. The carbon additives may be selected after a trade-off between the cell polarization in composite cathodes and the solvent oxidation on carbon surface.
The electrochemical properties of PAN-PVDF-PEGME blend polymer electrolyte system are investigated and the physical properties are also measured with varying the content of PEGME. This PEGME partially reduces the crystallinity of PVDF. The ionic conductivities of the polymer electrolytes are about $10^{-3}S/cm$, which may be applicable to a constituent of lithium secondary battery. From the temperature dependence of ionic conductivity, it is suggested that the ionic conductivity increases with the PEGME content due to the fomation of effective ion-conducting path. The cation transference number reaches its maximum value for the electrolytes (SPE 2) with 10 wt% PEGME and then decreases for further increase of PEGME contnet. The electrochemically stable range of SPE 1 (without PEGME) is about 4.3 V, but SPE 2-4 (PAN-PVDF-PEGME system) is about 4.6 V. When these polymer electrolyte are used as electrolyte in rechargeable battery and the cell performances are tested, the discharge capacity increses with the amount of PEGME. Therefore, PEGME increases the ionic conductivity, extends the electrochemical stable range, and finally improves the discharge capacity of cell adopting the electrolyte system.
In the development of new hydrogen absorbing materials for a next generation of metal hydride electrodes for rechargeable batteries, metastable Mg-Ni-based compounds find currently special attention. Amor phous-nanocrystalline $Mg_{63}Ni_{30}Y_7$ and $Mg_{50}Ni_{30}Y_{20}$ alloys were produced by mechanical alloying and melt-spinning and characterized by means of XRD, TEM and DSC. On basis of mechanically alloyed Mg-Ni-Y powders, complex hydride electrodes were fabricated and their electrochemical behaviour in 6M KOH (pH=14,8) was investigated. The electrodes made from $Mg_{63}Ni_{30}Y_7$ powders, which were prepared under use of a SPEX shaker mill, with a major fraction of nanocrystalline phase reveal a higher electrochemical activity far hydrogen reduction and a higher maximum discharge capacity (247 mAh/g) than the electrodes from alloy powder with predominantly amorphous microstructure (216 mAh/g) obtained when using a Retsch planetary ball mill at low temperatures. Those discharge capacities are higher that those fur nanocrystalline $Mg_2Ni$ electrodes. However, the cyclic stability of those alloy powder electrodes was low. Therefore, fundamental stability studies were performed on $Mg_{63}Ni_{30}Y_7$ and $Mg_{50}Ni_{30}Y_{20}$ ribbon samples in the as-quenched state and after cathodic hydrogen charging by means of anodic and cathodic polarisation measurements. Gradual oxidation and dissolution of nickel governs the anodic behaviour before a passive state is attained. A stabilizing effect of higher fractions of yttrium in the alloy on the passivation was detected. During the cathodic hydrogen charging process the alloys exhibit a change in the surface state chemistry, i.e. an enrichment of nickel-species, causing preferential oxidation and dissolution during subsequent anodization. The effect of chemical pre-treatments in 1% HF and in $10\;mg/l\;YCl_3/1%\;H_2O_2$ solution on the surface degradation processes was investigated. A HF treatment can improve their anodic passivation behavior by inhibiting a preferential nickel oxidation-dissolution at low polarisation, whereas a $YCl_3/H_2O_2$ treatment has the opposite effect. Both pre-treatment methods lead to an enhancement of cathodically induced surface degradation processes.
Recent in the world environmental issues and energy depletion problems have been received attention. One way to solve these problems is to use hybrid electric vehicles (HEVs). Therefore, the interest in HEV technology is higher than ever before. Viable candidates for the energy-storage systems in HEV applications may be absorbent glass mat (AGM) lead-acid, nickel-metal-hydride (Ni-MH) and rechargeable lithium batteries. The AGM battery has advantages in terms of relatively low cost, high charge efficiency, low self-discharge, low maintenance requirements and safety as compared to the other batteries. In order to implement HEV system in required more electric power commercial vehicles AGM batteries was connected to 2 series-2 parallels (2S2P). In this study, a one-dimensional modeling is carried-out to predict the behaviors of 2S2P AGM batteries system during charge and discharge. The model accounts for electrochemical reaction rates, charge conservation and mass transport. In order to validate the model, modeling results are compared with the experimentally measured data in various conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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