휴대용 스마트 장비용 소형 전지와 교통 수단 및 에너지 저장 시스템에 적용되는 대용량 전지 산업의 기하급수적인 성장으로 인해, 고 에너지/고 출력 밀도의 전극 물질에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 리튬 이차전지는 고 에너지 밀도, 긴 수명, 우수한 안정성을 바탕으로 HEV와 EV등의 전기자동차의 동력원으로서 적용 가능성이 고려되고 있으며, 이를 위해 따라 보다 개선된 특성의 전극 물질을 디자인 하는 다양한 연구가 가속화 되고 있다. 화학적, 전기화학적 응용 등 다양한 분야의 과학적, 기술적 진보에 있어 핵심적인 역할을 할 수 있는 나노 물질의 고유한 특성에도 불구하고 그 응용에 대한 연구 범위는 여전히 폭넓게 열려있다. 나노 물질의 실증적인 이해의 필요성과 동시에 합성 방법과의 물질 특성의 상관관계는 신 물질 개발에 대한 새로운 전략 제시가 요구된다. 이러한 관점으로부터 본 논문에서는 외기 (open-air) 조건 하, 수 초의 ...
휴대용 스마트 장비용 소형 전지와 교통 수단 및 에너지 저장 시스템에 적용되는 대용량 전지 산업의 기하급수적인 성장으로 인해, 고 에너지/고 출력 밀도의 전극 물질에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 리튬 이차전지는 고 에너지 밀도, 긴 수명, 우수한 안정성을 바탕으로 HEV와 EV등의 전기자동차의 동력원으로서 적용 가능성이 고려되고 있으며, 이를 위해 따라 보다 개선된 특성의 전극 물질을 디자인 하는 다양한 연구가 가속화 되고 있다. 화학적, 전기화학적 응용 등 다양한 분야의 과학적, 기술적 진보에 있어 핵심적인 역할을 할 수 있는 나노 물질의 고유한 특성에도 불구하고 그 응용에 대한 연구 범위는 여전히 폭넓게 열려있다. 나노 물질의 실증적인 이해의 필요성과 동시에 합성 방법과의 물질 특성의 상관관계는 신 물질 개발에 대한 새로운 전략 제시가 요구된다. 이러한 관점으로부터 본 논문에서는 외기 (open-air) 조건 하, 수 초의 반응 시간 만에 고결정성의 나노 물질 합성이 가능한 초급속 연소법에 대해 소개하였다. 다양한 분야의 나노 구조 물질 합성에 적용될 수 있는 본 연구는 특히, 독특한 물리화학적 특성으로 인해 에너지 저장 분야에서 장점이 될 만한 카본이 코팅된 금속 인산염의 개발을 이루게 하였다. 특히, 기 합성법을 적용하여 얻어진 LiFePO4/C 와 TiO2/C에 대한 심화된 특성 규명을 실시, 그 결과에 대한 내용을 주로 기술하였다. 본 연구 전략은 다양한 응용 분야를 위한 나노 물질을 생산할 수 있을 뿐 만 아니라 실험실 규모의 제한을 넘어서 비용적으로 효율적이며 간단하게 나노 구조 물질 생산을 실현하기 위한 “design rules”개발의 기회를 제시할 수 있음을 시사한다. 폴리올 특성의 이해를 바탕으로, TTEG 용매를 이용한 화학적 리튬 삽입 방법으로 코어-쉘 구조를 갖는 새로운 물질의 정방정계 물질이 포함된 LiMn2O4 스피넬 물질을 합성하였다. STEM ABF 및 HAADF 기법으로 측정된 결과는 LMO-T 표면에서 관찰된 리튬 이온의 상대적 강도 차이로부터 스피넬 입방정 LiMn2O4, 정방정 Li1.5Mn0.97O2, 용해된 상 등의 3개의 다른 상을 확인하였다. 전기화학 반응 중에 합성된 LMO-T가 보이는 독특한 상전이 현상은 중성자 회절, STEM, XANES, full-cell (완전 셀) 분석을 통해 규명되었다. 간단한 침전법과 350oC의 가벼운 열처리를 통해 비정질 CoPO4로 표면개질된 OLO(0.5Li2MnO3? 0.5LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2, 리튬 과잉 층상 구조 산화물) 양극 물질을 합성하였으며, 전기화학 분석을 통해 OLO표면에 코팅된 비정질 CoPO4가 전해질 분해를 보호할 수 있는 안정한 고체-전해질 계면을 형성함과 동시에 리튬 삽입 구조의 역할을 함으로써 향상된 방전 용량을 발현하였다. 또한, in-situ 가스 크로마토그래피 분석으로부터 Co-P-O 코팅 층이 산소 기체 발생을 완충시키는 역할을 한다는 사실을 확인하였으며, 더 나아가 전기화학 반응 중 측정하는 in-situ 가스 크로마토그래피 기법은 OLO계 양극 물질에서 발생하는 기체에 대한 모니터링을 할 수 있을 뿐만 아니라, 고 전위에서 양극 물질의 안정성을 평가할 수 있는 수단임을 확인하였다. 2 종의 금속 원소를 포함하는 스피넬 전이금속 산화물은 구조 내 금속 원소의 비율에 따라 에너지 밀도와 작동 전압을 조절할 수 있는 가능성을 제공한다. 리튬 이차전지 음극 물질 중 하나인 CoFe2O4의 전기화학 특성을 향상 시키기 위해 신 물질인 2 상의 Co3O4/CoFe2O4를 합성했다. 요소를 이용한 자연 발화 합성법을 통해 고안된 나노 화합물 Co3O4/CoFe2O4은 순수한 CoFe2O4보다 높은 가역 용량, 우수한 수명 특성 및 율속 특성 등의 크게 개선된 전기화학 성능을 발현함을 확인하였다.
휴대용 스마트 장비용 소형 전지와 교통 수단 및 에너지 저장 시스템에 적용되는 대용량 전지 산업의 기하급수적인 성장으로 인해, 고 에너지/고 출력 밀도의 전극 물질에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 리튬 이차전지는 고 에너지 밀도, 긴 수명, 우수한 안정성을 바탕으로 HEV와 EV등의 전기자동차의 동력원으로서 적용 가능성이 고려되고 있으며, 이를 위해 따라 보다 개선된 특성의 전극 물질을 디자인 하는 다양한 연구가 가속화 되고 있다. 화학적, 전기화학적 응용 등 다양한 분야의 과학적, 기술적 진보에 있어 핵심적인 역할을 할 수 있는 나노 물질의 고유한 특성에도 불구하고 그 응용에 대한 연구 범위는 여전히 폭넓게 열려있다. 나노 물질의 실증적인 이해의 필요성과 동시에 합성 방법과의 물질 특성의 상관관계는 신 물질 개발에 대한 새로운 전략 제시가 요구된다. 이러한 관점으로부터 본 논문에서는 외기 (open-air) 조건 하, 수 초의 반응 시간 만에 고결정성의 나노 물질 합성이 가능한 초급속 연소법에 대해 소개하였다. 다양한 분야의 나노 구조 물질 합성에 적용될 수 있는 본 연구는 특히, 독특한 물리화학적 특성으로 인해 에너지 저장 분야에서 장점이 될 만한 카본이 코팅된 금속 인산염의 개발을 이루게 하였다. 특히, 기 합성법을 적용하여 얻어진 LiFePO4/C 와 TiO2/C에 대한 심화된 특성 규명을 실시, 그 결과에 대한 내용을 주로 기술하였다. 본 연구 전략은 다양한 응용 분야를 위한 나노 물질을 생산할 수 있을 뿐 만 아니라 실험실 규모의 제한을 넘어서 비용적으로 효율적이며 간단하게 나노 구조 물질 생산을 실현하기 위한 “design rules”개발의 기회를 제시할 수 있음을 시사한다. 폴리올 특성의 이해를 바탕으로, TTEG 용매를 이용한 화학적 리튬 삽입 방법으로 코어-쉘 구조를 갖는 새로운 물질의 정방정계 물질이 포함된 LiMn2O4 스피넬 물질을 합성하였다. STEM ABF 및 HAADF 기법으로 측정된 결과는 LMO-T 표면에서 관찰된 리튬 이온의 상대적 강도 차이로부터 스피넬 입방정 LiMn2O4, 정방정 Li1.5Mn0.97O2, 용해된 상 등의 3개의 다른 상을 확인하였다. 전기화학 반응 중에 합성된 LMO-T가 보이는 독특한 상전이 현상은 중성자 회절, STEM, XANES, full-cell (완전 셀) 분석을 통해 규명되었다. 간단한 침전법과 350oC의 가벼운 열처리를 통해 비정질 CoPO4로 표면개질된 OLO(0.5Li2MnO3? 0.5LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2, 리튬 과잉 층상 구조 산화물) 양극 물질을 합성하였으며, 전기화학 분석을 통해 OLO표면에 코팅된 비정질 CoPO4가 전해질 분해를 보호할 수 있는 안정한 고체-전해질 계면을 형성함과 동시에 리튬 삽입 구조의 역할을 함으로써 향상된 방전 용량을 발현하였다. 또한, in-situ 가스 크로마토그래피 분석으로부터 Co-P-O 코팅 층이 산소 기체 발생을 완충시키는 역할을 한다는 사실을 확인하였으며, 더 나아가 전기화학 반응 중 측정하는 in-situ 가스 크로마토그래피 기법은 OLO계 양극 물질에서 발생하는 기체에 대한 모니터링을 할 수 있을 뿐만 아니라, 고 전위에서 양극 물질의 안정성을 평가할 수 있는 수단임을 확인하였다. 2 종의 금속 원소를 포함하는 스피넬 전이금속 산화물은 구조 내 금속 원소의 비율에 따라 에너지 밀도와 작동 전압을 조절할 수 있는 가능성을 제공한다. 리튬 이차전지 음극 물질 중 하나인 CoFe2O4의 전기화학 특성을 향상 시키기 위해 신 물질인 2 상의 Co3O4/CoFe2O4를 합성했다. 요소를 이용한 자연 발화 합성법을 통해 고안된 나노 화합물 Co3O4/CoFe2O4은 순수한 CoFe2O4보다 높은 가역 용량, 우수한 수명 특성 및 율속 특성 등의 크게 개선된 전기화학 성능을 발현함을 확인하였다.
Demands of high energy density and power density for battery electrodes are drastically increased because the exponential growth in the industry of portable smart devices using small battery and large scale battery applied to transportation and energy storage system. Rechargeable lithium-ion batteri...
Demands of high energy density and power density for battery electrodes are drastically increased because the exponential growth in the industry of portable smart devices using small battery and large scale battery applied to transportation and energy storage system. Rechargeable lithium-ion batteries are also considered as potential power sources for hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs) because of their high energy density, long cycling lifetime, and excellent safety. However, in order to meet the high demand of energy storage, devices with high energy and power density has boosted extensive research in designing novel electrode materials with improved energy density, cycle life, cost, and safety. Notwithstanding nanomaterials with unique properties playing a vital role in scientific and technological advancements of various fields including chemical and electrochemical applications, the scope for exploration of nano-scale applications is still wide open. The intimate correlation between material properties and synthesis in combination with the urgency to enhance the empirical understanding of nanomaterials demand the evolution of new strategies to promising materials. Herein we introduce a rapid pyro-synthesis that produces highly crystalline functional nanomaterials under reaction times of a few seconds in open-air conditions. The versatile technique may facilitate the development of a variety of nanomaterials and, in particular, carbon-coated metal phosphates with appreciable physico-chemical properties benefiting energy storage applications. Among the obtained functional nanocrystal materials, we provide an in-depth investigation on the characteristics of a carbon-wrapped LiFePO4 cathode and TiO2/C prepared under a few seconds by the polyol-assisted pyro-synthetic approach. The present strategy may present opportunities to develop ‘‘design rules’’ not only to produce nanomaterials for various applications but also to realize cost-effective and simple nanomaterial production beyond lab-scale limitations. In light of the polyol characteristic, new cathode material of tetragonal phase embedded LiMn2O4 spinel with core-shell structure was synthesized by chemical lithiation method in polyol medium of tetraethylene glycol. The three different regions of spinel cubic LiMn2O4, tetragonal Li1.5Mn0.97O2 and dissolution phases are bordered as relatively inconsistent Li contrast from STEM ABF and HAADF images of LMO-T at the surface area. It was revealed that the unique phase transition mechanism during electrochemical reaction can be understood by a variety of analyses, such as Neutron powder XRD, STEM, XANES, full-cell measurement for an obtained LMO-T sample. Surface modified OLO (0.5Li2MnO3? 0.5LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2) cathode with amorphous CoPO4 was prepared by a simple precipitation reaction followed by a mild heat treatment at 350oC. The increased discharge capacities of a-CoPO4 coated OLO is attributed to the stable SEI layer protecting electrolyte decomposition during electrochemical reaction. It is worth noting from in-situ Gas chromatography that the surface modification of OLO by an amorphous Co-P-O layer on the surface facilitates the coating to play the role of a buffer to suppress O2 gas evolution. More importantly, the study presents an in-situ GC technique that not only aids in monitoring the gas evolution occurring in OLO-based cathodes during electrochemical oxidation but also presents opportunities to clearly understand the effect of surface modification on OLO-cathodes with respect to gas evolution at higher potentials and predict on the cathode stability and performance versus lithium. Spinel transition metal oxides with two metal elements provide the feasibility to tune the energy density and working voltage by varying the metal content. Among all the mixed transition metal oxides, we report the fabrication of a novel binary Co3O4/CoFe2O4 nanocomposite, which was designed to improve the electrochemical performance of host CoFe2O4 as an anode material for lithium ion batteries. The designed Co3O4/CoFe2O4 nanocomposite synthesized by urea-assisted auto-combustion synthesis exhibits greatly enhanced electrochemical performance with high reversible capacity, excellent cycling performance, and better rate capability in comparison to pure CoFe2O4.
Demands of high energy density and power density for battery electrodes are drastically increased because the exponential growth in the industry of portable smart devices using small battery and large scale battery applied to transportation and energy storage system. Rechargeable lithium-ion batteries are also considered as potential power sources for hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs) because of their high energy density, long cycling lifetime, and excellent safety. However, in order to meet the high demand of energy storage, devices with high energy and power density has boosted extensive research in designing novel electrode materials with improved energy density, cycle life, cost, and safety. Notwithstanding nanomaterials with unique properties playing a vital role in scientific and technological advancements of various fields including chemical and electrochemical applications, the scope for exploration of nano-scale applications is still wide open. The intimate correlation between material properties and synthesis in combination with the urgency to enhance the empirical understanding of nanomaterials demand the evolution of new strategies to promising materials. Herein we introduce a rapid pyro-synthesis that produces highly crystalline functional nanomaterials under reaction times of a few seconds in open-air conditions. The versatile technique may facilitate the development of a variety of nanomaterials and, in particular, carbon-coated metal phosphates with appreciable physico-chemical properties benefiting energy storage applications. Among the obtained functional nanocrystal materials, we provide an in-depth investigation on the characteristics of a carbon-wrapped LiFePO4 cathode and TiO2/C prepared under a few seconds by the polyol-assisted pyro-synthetic approach. The present strategy may present opportunities to develop ‘‘design rules’’ not only to produce nanomaterials for various applications but also to realize cost-effective and simple nanomaterial production beyond lab-scale limitations. In light of the polyol characteristic, new cathode material of tetragonal phase embedded LiMn2O4 spinel with core-shell structure was synthesized by chemical lithiation method in polyol medium of tetraethylene glycol. The three different regions of spinel cubic LiMn2O4, tetragonal Li1.5Mn0.97O2 and dissolution phases are bordered as relatively inconsistent Li contrast from STEM ABF and HAADF images of LMO-T at the surface area. It was revealed that the unique phase transition mechanism during electrochemical reaction can be understood by a variety of analyses, such as Neutron powder XRD, STEM, XANES, full-cell measurement for an obtained LMO-T sample. Surface modified OLO (0.5Li2MnO3? 0.5LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2) cathode with amorphous CoPO4 was prepared by a simple precipitation reaction followed by a mild heat treatment at 350oC. The increased discharge capacities of a-CoPO4 coated OLO is attributed to the stable SEI layer protecting electrolyte decomposition during electrochemical reaction. It is worth noting from in-situ Gas chromatography that the surface modification of OLO by an amorphous Co-P-O layer on the surface facilitates the coating to play the role of a buffer to suppress O2 gas evolution. More importantly, the study presents an in-situ GC technique that not only aids in monitoring the gas evolution occurring in OLO-based cathodes during electrochemical oxidation but also presents opportunities to clearly understand the effect of surface modification on OLO-cathodes with respect to gas evolution at higher potentials and predict on the cathode stability and performance versus lithium. Spinel transition metal oxides with two metal elements provide the feasibility to tune the energy density and working voltage by varying the metal content. Among all the mixed transition metal oxides, we report the fabrication of a novel binary Co3O4/CoFe2O4 nanocomposite, which was designed to improve the electrochemical performance of host CoFe2O4 as an anode material for lithium ion batteries. The designed Co3O4/CoFe2O4 nanocomposite synthesized by urea-assisted auto-combustion synthesis exhibits greatly enhanced electrochemical performance with high reversible capacity, excellent cycling performance, and better rate capability in comparison to pure CoFe2O4.
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