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Improving electrochemical performances of lithium-ion capacitors employing 3D structured Si anodes
Juyeon Baek,Seokho Suh,Hyunsu Kim,Hyeonghun Park,Santosh Kumar,Tomas Tamulevicius,Sigitas Tamulevicius,Hyeong-Jin Kim 한국공업화학회 2023 Journal of Industrial and Engineering Chemistry Vol.126 No.-
Lithium-ion capacitors (LICs) are gaining attention from researchers as the demand for an energy storagedevice that addresses the drawbacks of lithium-ion batteries and supercapacitors is increasing. Silicon(Si) is a desirable anode material for LICs due to its high theoretical capacity and low working potential. However, Si experiences extreme volume changes of up to 300%, which cause a poor cycle life. To mitigatemechanical stress in Si anodes, we fabricated a three-dimensional structured Si electrode using a poreformingagent and evaluated its physical-electrochemical properties. The pore network of the structuredSi electrode effectively buffered the volume change, alleviating crack formation in the electrode andresulting in improved cycle stability. The LIC full cell using the structured Si had a high energy densityof 191.4 Wh kg1 at a power density of 723.7Wkg1. Our approach is compatible with conventional electrodefabrication systems and provides a cost-effective and practical method for pure Si anodes suitablefor use in LICs through a simple pore-structuring process.
조규상,Juyeon Baek,Chandran Balamurugan,HANA IM,김형진 한국공업화학회 2022 Journal of Industrial and Engineering Chemistry Vol.106 No.-
The lead tab serves as a terminal that collects charges generated from each electrode inside the batteryand transfers it to the outside of the battery. Among the lead tabs used in the electric vehicle industry, acorrosion of aluminum (Al), chromium-coated Al (CCAl), copper (Cu), and nickel-coated Cu(NCCu) duringthe cycling of lithium-ion batteries is investigated. Cyclic voltammetry (CV) analysis are performed aspart of the electrochemical corrosion test during battery cycle life, scanning electron microscope (SEM)for checking lead tab surface, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) depth profile for a chemicalanalysis. By the CV results, it was inferred that the Cr and Ni coatings form a layer on the surface, and the morphologywas visually confirmed by post CV SEM analysis. Subsequent XPS results confirm the subreactionrelated to LiPF6-carbonate electrolyte. Finally, the composition and distribution of the formedpassivation layer were finally confirmed by XPS depth profile analysis. These passivation layers preventthe corrosion of the lead tab and contribute to the extension of battery life by inhibiting the dissolution ofAl and Cu metals and the decomposition of the electrolyte during the charge/discharge test of LIB.
버퍼층 삽입을 통한 박막 태양전지의 고효율화 시뮬레이션
김희중(Kim, Heejung),장주연(Jang, Juyeon),백승신(Baek, Seungsin),이준신(Yi, Junsin) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11
a-Si 박막 태양전지는 a-Si:H을 유리 기판 사이에 주입해 만드는 태양전지로, 뛰어난 적용성과 경제성을 지녔으나 c-Si 태양전지에 비해 낮은 변환 효율을 보이는 단점이 있다. 변환 효율을 높이기 위한 연구 방법으로는 a-Si 박막 태양전지 단일cell 제작 시 high Bandgap을 가지는 p-layer를 사용함으로 높은 Voc와 Jsc의 향상에 기여할 수 있는데, 이 때 p-layer의 defect 증가와 activation energy 증가도 동시에 일어나 변환 효율의 증가폭을 감소시킨다. 이를 보완하기 위해 본 실험에서는 p-layer에 기존의 p-a-Si:H를 사용함과 동시에 high Bandgap의 buffer layer를 p-layer와 i-layer 사이에 삽입함으로써 그 장점을 유지하고 높은 defect과 낮은 activation energy의 영향을 최소화하였다. ASA 시뮬레이션을 통해 a-Si:H보다 high Bandgap을 가지는 a-SiOx 박막을 사용하여 p-type buffer layer의 두께를 2nm, Bandgap 2.0eV, activation energy를 0.55eV로 설정하고, i-type buffer layer의 두께를 2nm, Bandgap 1.8eV로 설정하여 삽입하였을 때 박막 태양전지의 변환 효율 10.74%를 달성할 수 있었다. (Voc=904mV, Jsc=17.48mA/cm², FF=67.97).
삼중접합 태양전지에서 Intrinsic Layer 밴드갭 가변을 통한 태양전지 고효율화 시뮬레이션
강민호(Kang, Minho),장주연(Jang, Juyeon),백승신(Baek, Seungsin),이준신(Yi, Junsin) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11
다중접합 태양전지는 흡수대역이 다른 juntion으로 구성되어, 각각의 태양전지 간의 전류정합(current matching)이 효율 향상에 중요하다. 본 실험에서는 Top cell에 i-a-Si:H(Thinckness:100nm), Middle cell에는 i-a-SiGe:H(Thickness:800nm)을 적용하였고, bottom cell에는 i-{mu}c-Si:H(Thickness:1800nm), 수광부의 p-layer에 에 SiOx을 이용하여 triple juntion amorphous silicon solar cell(삼중접합태양전지)을 구현하였다. 이를 최적화 시키기 위해 ASA simulation을 이용하여 각 Cell의 intrinsic layer의 밴드갭을 가변하였다. 가변 결과 i-a-Si:H : 1.85 eV, i-a-SiGe:H: 1.6 eV, i-{mu}c-Si:H: 1.4 eV에서 태양전지 효율 14.5 %을 기록 하였다. 본 연구를 통해 Triple juntion cell에서의 intrinsic layer의 밴드갭 최적화를 구현해 볼 수 있었다.