Lithium-ion batteries (LIBs) are widely used as essential power sources for electric vehicles and energy storage systems. Among various cathode materials, Li[Ni0.9Mn0.1]O2 (NM90) has gained significant attention for enhancing the performance of LIBs due to its high energy density and nontoxicity. However, increasing the nickel content introduces challenges, including structural instability and cation mixing. To address these issues, we propose a surface coating strategy using nitrogendoped carbon quantum dots (NCQDs). NCQDs provide high electrical conductivity and electrochemically active sites, so the NCQDs coating effectively enhanced both structural stability and electrical/ionic conductivity. The NCQDs were synthesized via a hydrothermal method, and NM90 were synthesized by co-precipitation. The fabricated NCQD/NM_5 electrode exhibited superior electrochemical properties, including a high initial capacity of 189.6 mAh/g, excellent rate performance, and an outstanding capacity retention of 81.5 % after 200 cycles in 1C. These superior results demonstrate that surface modification using the NCQDs strategy for Li[Ni0.9Mn0.1]O2 cathode materials will contribute to the further development of cycle stability and ultrafast performance in energy storage systems.

고체전해질은 높은 에너지 밀도와 안전성을 갖춘 차세대 리튬이온전지에 꼭 필요한 핵심 요소다. 이러한 고체전 해질의 제작을 위해서 기존 고체전해질의 낮은 이온전도도와 높은 계면저항 문제를 해결해야 한다. 본 연구에서는 강화된 이 온 전도성과 계면 안정성을 지닌 PVDF-HFP 고분자에 분산된 Li7La3Zr2O12 (LLZO) 나노와이어 복합체를 기반으로 하는 새 로운 전해질(PVDF-HFP/LLZO/SN, PHLS membrane)을 제안한다. PHLS에 용매 열압착(Sovlent heat press, SHP)을 통해 계 면 저항과 내부 공극이 감소된 PHLS-(SHP)는 30°C에서 2.06 × 10-4 S/cm의 높은 이온 전도도, 4.5 V (vs. Li/Li+)의 넓은 전 기화학적 전위 창, 리튬 금속과 전해질 사이의 안정된 계면 안정성을 나타냈다. 0.2 mA/cm2에서 수행된 Li 대칭 셀을 사용한 전기화학적 테스트에서 150 시간 이상 안정성을 유지하는 것으로 확인되었으며, 이는 당사의 복합 기반 고체 전해질을 활용 하여 전기화학적 성능이 향상되었음을 시사한다.

With the continuing advances in technology, electrical energy storage has become increasingly important. Among storage devices supercapacitors’ distinct qualities, such as a long lifespan, quick charge/discharge speeds, and high-power density, make them viable substitutes for traditional batteries. In this study a simple hydrothermal method was used to synthesize a h-MoO3/graphene oxide (GO) composite for such applications. The crystal structure, morphology, and chemical bonding were characterized using X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FESEM), and Raman spectroscopy. XRD confirmed the hexagonal crystal structure, and no changes were observed after GO incorporation. The FESEM images revealed that the nanosheets of GO and hexagonal rods MoO3 were well coupled with the GO sheets. The electrochemical properties of the pure h-MoO3 and h-MoO3/GO composites were studied using cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The nanocomposite electrode demonstrated a specific capacitance of 134 Fg-1 at a current density of 3 mA/cm-2, an energy density of 26.8 Wh/kg-1, and power density of 560 W/kg-1 in an aqueous acidic electrolyte 1 M H2SO4, which is notably higher than that of pure MoO3. This indicates the promising electrochemical performance of MoO3/GO composite for supercapacitor applications. The enhanced capacitive performance may have resulted from the decrease in the charge transfer resistance (Rct), calculated from the Nyquist plot. Furthermore, the composite material exhibited stability and a capacitive retention of 76 % after 1,000 cycles. This confirms the benefits of incorporating GO to enhance material retention for better long-term results. The results of this study demonstrate its potential to advance energy storage technology. Maintaining the hexagonal crystal structure of h-MoO3 while incorporating GO improves the composite’s structural stability, an important factor for reliable long-term use. Moreover, the observed reduction in crystallite size due to the presence of GO suggests improved electrochemical performance.

In this study, carbon coating was carried out by physical vapor deposition (PVD) on SiOx surfaces to investigate the effect of the deposited carbon layer on the performance of lithium-ion batteries as a function of the asphaltene content of petroleum residues. The petroleum residue was separated into asphaltene-free petroleum residue (ASF) and asphaltene-based petroleum residue (AS) containing 12.54% asphaltene by a solvent extraction method, and the components were analyzed. The deposited carbon coating layer became thinner, with the thickness decreasing from 15.4 to 8.1 nm, as the asphaltene content of the petroleum residue increased, and a highly crystalline layer was obtained. In particular, the SiOx electrode carbon-coated with AS exhibited excellent cycling performance with an initial efficiency of 85.5% and a capacity retention rate of 94.1% after 100 cycles at a current density of 1.0 C. This is because the carbon layer with enhanced crystallinity had sufficient thickness to alleviate the volume expansion of SiOx, resulting in stable SEI layer formation and enhanced structural stability. In addition, the SiOx electrode exhibited the lowest resistance with a low impedance of 23.35 Ω, attributed to the crystalline carbon layer that enhanced electrical conductivity and the mobility of Li ions. This study demonstrated that increasing the asphaltene content of petroleum residues is the simplest strategy for preparing SiOx@C anode materials with thin, crystalline carbon layers and excellent electrochemical performance with high efficiency and high rate performance.

Transition metal oxide-based materials have mainly been studied as electrodes for energy storage devices designed to meet essential energy demands. Among transition metal oxide-based materials, hydrated vanadium pentoxide (V2O5 ‧ nH2O), a vanadium oxide material, has demonstrated great electrochemical performance in the electrodes of energy storage devices. Graphene oxide (GO), a carbon-based material with high surface area and high electrical conductivity, has been added to V2O5 ‧ nH2O to compensate for its low electrical conductivity and structural instability. Here, V2O5 ‧ nH2O/GO nanobelts are manufactured with water without adding acid to ensure that the GO is uniformly dispersed, using a microwave-assisted hydrothermal synthesis. The resulting V2O5 ‧ nH2O/GO nanobelts exhibited a high specific capacitance of 206 F/g and more stable cycling performance than V2O5 ‧ nH2O without GO. The drying conditions of the carbon paper electrodes also resulted in more stable cycling performance when conducted at high vacuum and high temperature, compared with low vacuum and room temperature conditions. The improvement in electrochemical performance due to the addition of GO and the drying conditions of carbon paper electrodes indicate their great potential value as electrodes in energy storage devices.

Supercross-linked polymers are widely used as carbon precursor materials due to their abundant carbon sources and low cost. In this paper, a supercross-linked polymer was prepared by the solvothermal method. The supercross-linked polymer as a precursor and the PPyC-800-A was synthesized by activating this with KOH. The microstructure, structure, and electrochemical performances of porous carbon PPyC-800-A were studied at different of temperature and carbon alkali ratio. According to the results, the porous carbon PPyC-800-1:2 is mainly composed of a stack of spherical particles with a high surface area of 1427.03 m2 g− 1, an average pore diameter of 2.32 nm, and a high specific capacitance of 217.7 F g− 1 at a current density of 1.0 A g− 1 in a 6 M KOH electrolyte. It’s retention rate is 97.58% after 5000 constant current charges and discharges. With a specific capacitance decay rate of 21.91 percent, an energy density of 11.96 Wh kg− 1, and a power density of 500.0 W kg− 1, the current density rises from 1.0 A g− 1 to 10.0 A g− 1, exhibiting remarkable electrochemical properties, cycling stability, and energy production performance This study contributes experimental ideas to the field of supercrosslinked polymer-derived carbon materials and energy storage.

리튬 금속 기반 전극의 높은 용량에도 불구하고, 제어가 어려운 덴드라이트 성장은 낮은 쿨롱 효율, 안전 문제를 야기해, 리튬금속 배터리의 상용화를 제한한다. 본 연구에서는 압전 복합체인 BaTiO3/PVDF (BTO@PVDF) 기반 보호층을 리튬금속에 코팅, 덴드라이트에 의한 부피팽창으로 발생한 변형을 분극을 이용하여, 리튬 금속 전극의 안정성 및 성능을 향상 하고자 한다. 이를 통해, 균일한 리튬이온의 증착이 가능해졌으며, BTO@PVDF 전극은 100 사이클 동안 약 98.1% 이상의 쿨 롱 효율을 나타내었다. 또한, CV를 통해 향상된 리튬이온의 확산계수(DLi+) 증가를 보였으며, 본 연구에서 제시된 전략은 리 튬 금속 전극의 성능 향상에 새로운 길을 나타내준다.

An electrical double-layer capacitor is fabricated with biomass-derived activated carbon (AC) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), which are synthesized from Pongamia pinnata fruit shell and its seed oil, respectively. The activated carbon is produced by the chemical activation process at varying carbonization temperatures from 600 to 900 °C for 5 h at a rate of 10 min in an N2 atmosphere. The surface area of activated carbon and MWCNTs is 1170 m2 g− 1 and 216 m2 g− 1, respectively. The total pore volumes of activated carbon and MWCNTs are 1.51 cm3 g− 1 and 0.5907 cm3 g− 1, respectively. The as-prepared AC and MWCNTs are characterized by surface area analysis Brunner–Emmett–Teller method (BET), X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and Raman spectroscopic analysis, field emission scanning electron microscopy, high-resolution transmission electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy. The electrochemical performances of AC-AC, MWCNTs-MWCNTs and AC-MWCNTs (25:75) symmetric electrodes are studied by cyclic voltammetry, galvanostatic charge–discharge and electrochemical impedance spectroscopy. The AC-MWCNTs (25:75) single electrode performance is also studied in two different electrolytes, such as 0.5 M Na2SO4 and 0.5 M H2SO4. The fabricated AC-MWCNTs (25:75) symmetric supercapacitor cell exhibits excellent electrochemical performance in 0.5 M Na2SO4. It shows a specific capacitance of 55.51 Fg− 1, energy density 4.852 Wh Kg− 1 and power density of 199.18 W Kg− 1 at a current density of 1 Ag− 1 in the voltage window of 0–1.8 V. The AC-AC and AC-MWCNTs (25:75) symmetric supercapacitor electrodes show outstanding performance.

Hypercrosslinked polymers HCPs have been widely used as precursors to prepare porous carbon materials because of their highly ordered porous structure and large specific surface area. In this paper, we used a solvothermal method to prepare a hypercrosslinked polymer, and the HCPC-700-A was prepared using an activation method with the hypercrosslinked polymer as the precursor. The effects of different carbon–alkali ratios on the microstructure, composition and electrochemical properties of porous carbon HCP were studied. The results show that the surface of porous carbon HCPC-700-A presents a relatively regular geometric shape, and a large number of pore structures are mainly micro- and mesopores. The specific surface area is 2074.53 m2 g− 1, and the average pore size is between 1.29 and 1.93 nm. Porous carbon HCPC-700-1:2 has excellent electrochemical performance in 1 M H2SO4, and the specific capacitance is up to 464.4 F g− 1 at a current density of 1 A g− 1. The specific capacitance decay rate is 29.72% when the current density is increased from 1 A g− 1 to 8 A g− 1. After 5000 cycles, the capacitance retention rate is 91.16% at a current density of 2 A g− 1, showing excellent electrochemical performance, good cycle stability and perfect energy storage performance. This research provides new experimental ideas for HCPs in the electrochemical energy storage field.

높은 안전성과 견고한 기계적 특성을 가진 고체상 슈퍼커패시터는 차세대 에너지 저장 장치로서 세계적 관심을 끌고 있다. 슈퍼커패시터의 전극으로서 경제적인 탄소 기반 전극이 많이 사용되는데 수계 전해질을 도입하는 경우 소수성 표 면을 가진 탄소 기반 전극과의 계면 상호성이 좋지 않아 저항이 증가한다. 이와 관련하여 본 연구에서는 전극 표면에 산소 플라즈마 처리를 하여 친수화된 전극과 수계 전해질 사이의 향상된 계면 성질을 기반으로 더 높은 전기화학적 성능을 얻는 방법을 제시한다. 풍부해진 산소 작용기들로 인한 표면 친수화 효과는 접촉각 측정을 통해 확인하였으며, 전력과 지속시간을 조절함으로써 친수화 정도를 손쉽게 조절할 수 있음을 확인하였다. 수계 전해질로 PVA/H3PO4 고체상 고분자 전해질막을 사 용하였으며 프레싱하여 전극에 도입하였다. 15 W의 낮은 전력으로 5초간 산소 플라즈마 처리를 시행하는 것이 최적 조건이 었으며 슈퍼커패시터의 에너지 밀도가 약 8% 증가하였다.

Ni-rich계 양극 소재는 낮은 가격과 높은 용량으로 인해 고용량 달성을 위한 상용화 소재로 주목받고 있지만, 이 소재의 경 우 전기화학적 불안정성으로 인한 한계를 가진다. 그래서 다양한 표면 코팅 방법을 통해 성능향상을 이루고 있지만, 성능향상이 소 재와 코팅 방법때문인지 또는 코팅 범위가 넓어진 것 때문인지는 모호하게 남아 있다. 본 연구에서는 전이금속으로 양극 활물질을 코팅할 때 전구체 코팅 범위에 따른 리튬이온배터리 전기화학 성능평가를 분석하였다. 상업용 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 양극 소재 표면을 에탄올 용액에 용해된 리튬-코발트와 리튬-주석 아세테이트 전구체를 코팅하였고, 교반속도를 다르게 하여 (200 rpm 및 600 rpm) 전구체 코팅 범위를 다르게 하였다. 리튬-코발트 아세테이트 전구체의 경우 교반속도가 증가할수록 코팅 범위가 증가하였지만, 리튬 -주석 아세테이트 전구체의 경우 교반속도가 증가할수록 코팅 범위가 감소하였다. 하지만 원소의 종류에 관계없이 코팅 범위가 넓 은 경우에 상대적으로 우수한 전기화학적 성능을 나타내었다. 코팅된 양극 활물질의 물리적 특성은 SEM 및 XRD를 이용하여 분석하 였으며, 전기화학적 성능은 초기 충·방전 용량, 사이클 안정성 및 율속특성 테스트를 통해 조사하였다.

고용량 배터리에 대한 요구가 증가에 따라 기존 음극재보다 높은 용량(3,860 mAh/g)과 낮은 전기화학적 전위(– 3.040 V)를 갖는 리튬 금속 기반 음극재에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 수열 합성을 통해 제작된 아나타제(anatase) 타입의 TiO2 나노 입자 기반한 PVdF-HFP/TiO2 복합체를 리튬 금속 음극의 계면 보호층으로 적용하였다. 결정구조 및 형상 분석을 통해 유/무기-리튬 나노복합체 박막의 형성을 확인하였다. 또한, 전지화학 테스트(사이클 테스트 및 전압 프로파일)를 통해 리튬 금속 음극의 전기화학 성능은 복합체 보호막이 TiO2 10 wt%, 코팅 두께 1.1 μm의 조건에서 가장 개선된 전기화학적 성능(콜롱 효율 유지: 77 사이클 동안 90% 이상) 발현을 확인하였다. 이를 통해, 처리하지 않은 리튬 전극 대비 본 보호층에 의한 리튬 금속 음극의 성능 안정화/개선 효과가 검증되었다.

The porous carbons with high specific surface area and excellent electrochemical properties were prepared using three types of green needle coke as raw materials. Electrochemical performances of the porous carbons derived from different microstructure green needle coke were investigated. The XRD and Raman spectra demonstrated that the content of the ordered carbon microcrystals were decreased and the content of amorphous and cross-linked structure were increased in the porous carbons with comparison to the raw materials. The results of N2 adsorption–desorption analysis verified that the content of ordered microcrystalline structure in the raw materials evidently influence the specific surface area and pore size distribution of the porous carbons. The porous carbon with 1665 m2 g−1 specific surface area and 2.89 nm average pore size has shown that the specific capacitance was 288 F g−1 at the current density 1 A g−1. Furthermore, the capacity retention was 94.93% and the Coulombic efficiency was 92.87% after 5000 charge/discharge cycles.

본 연구에서는 “이온젤” 이라고 불리는 고분자 기반의 PVA(polyvinyl alcohol) 기반의 고체 전 해질에 이온성 액체 BMIMBF4 (1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)를 첨가하여 제조한 전 고체 전해질과 활성탄소와 금속유기골격체 복합재료 기반의 전극 재료를 이용하여 슈퍼커패시터를 제작 하였으며, 유기골격체의 유 무에 따른 전기화학적 특성을 분석하여 보았다. 슈퍼커패시터의 전기화학적 특 성은 순환전압전류법(CV), 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 및 전정류 충·방전법(GCD)을 통하여 비교 및 분석하여 보았다. 그 결과로, 금속유기골격체가 함유되지 않은 슈퍼커패시터의 전기용량값은 380 F/g 으로 확인 할 수 있었고, 이 값은 금속유기골격체를 첨가하였을 때 340 F/g로 감소하는 현상을 확인할 수 있었 다. 이러한 결과로 1 wt%의 금속유기골격체의 함유량은 전기화학적 특성 감소에 영향을 주는 것으로 사료 되며 이러한 결과를 바탕으로 금속유기골격체의 첨가량을 최적화 할 필요가 있다고 판단된다

리튬 덴드라이트의 효과적인 억제를 위해 유/무기 복합체를 리튬메탈 전극의 보호층으로 사용하였다. 유기물로는 PVDF-HFP가 사용되었으며 무기물로는 TiO2가 사용되었다. 유기물로 사용된 PVDF-HFP는 높은 유연성을 가지는 고분자로서 무기물의 matrix 역할을 하며, 무기물로 사용된 TiO2 나노입자는 보호막의 기계적 강도와 이온전도성을 향상시켜주는 역할을 하였다. 합성된 보호막은 SEM, AFM, XRD를 통하여 PVDF-HFP matrix에 TiO2가 잘 분산되어 있는 형태인 것을 확인할 수 있 었다. 또한 전기화학적 분석 결과, 향상된 기계적 물성과 이온전도성으로 인해 polymer-inorganic composite은 비교 샘플(untreated 와 PVDF-HFP 보호층) 대비 100번째 사이클까지 80%의 높은 쿨롱 효율 및 20 mV 미만의 낮은 과전압을 나타내었다.

본 연구는 1M Li2SO4 및 1M Na2SO4 수용액에서 CoSe 나노 입자의 전기 화학적 성능을 조사 하였다. CoSe 나노 입자의 전기 화학적 효율은 1M Na2SO4 전해질에서 더 높은 비정전 용량을 보여주는 결 과를 얻었고 이것은 주로 1M Na2SO4 용액의 벌크 전해질에서 수화 된 이온의 빠른 이동과 활물질에 의해 제공되는 낮은 전기 화학적 임피던스가 원인이라 사료된다. 또한, 순환 전압 전류법 안정성 실험에서 25 mV s-1의 스캔 속도로 1000 회 연속 순환 전압 전류 측정주기 후에도 각각 1M Na2SO4 및 1M Li2SO4에서 약 92 % 및 89 %의 특정 정전 용량의 유지를 보여주었다. 이 연구는 새로운 하이브리드 슈퍼 커패시터를 개발하기 위한 기초 데이터를 제공하며 비대칭 슈퍼 커패시터의 양극으로 사용될 수 있음을 시사한다.