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dc.contributor.advisor Hong, Seung Tae -
dc.contributor.author Kim, Hyeon Jin -
dc.date.accessioned 2017-05-10T08:52:10Z -
dc.date.available 2016-02-12T00:00:00Z -
dc.date.issued 2016 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002228207 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/1433 -
dc.description.abstract The necessity of large-scale energy storage systems (ESS) have become vigorously issued in energy conversion research field. Especially, rechargeable sodium ion batteries have the benefits of low material cost and earth abundant. However, since the size of Na+ ion is larger than the Li+ ion does, it is challenge to find host materials with large enough interstitial site. In effort to overcome this challenge, we approach of searching for wide tunnel structure with controlling the size of materials. Submicron sized crystalline Diiron(III) Tetravanadate(V), Fe2V4O13, is prepared by the liquid precipitation synthesis technique and characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinement, and scanning electron microscope (SEM). It was found that Fe2V4O13 has the monoclinic system which has ellipse shape like fairly large tunnel, compare to other cathode host materials. Although many other cathode battery storage systems have been researched such as sodium ion batteries, lithium ion batteries, or several multivalent ion batteries, studies on the Fe2V4O13 is insufficient. Herein, by using the Fe2V4O13 as a host material for Na-ion batteries, the X-ray diffraction pattern changes of NaxFe2V4O13 (0≤x≤1.0) upon insertion/extraction of Na-ion into/from host-framework analyzed through using ex-situ powder X-ray diffraction. ⓒ 2016 DGIST -
dc.description.tableofcontents 1.Introduction 1 --
1.1 The ubiquitous issue: Developing energy storage system (ESS) 1 --
1.2 A pioneer discover for ESS: Rechargeable battery system 4 --
1.3 Alternative energy source: Sodium-ion batteries 6 --
1.4 Theoretical background 8 --
1.4.1 Electrolyte 8 --
1.4.2 Solid electrolyte interphase (SEI) layer 8 --
1.5 Important studies have been achieved on electrode material for SIBs 9 --
1.5.1 Positive sodium ion electrode materials 9 --
1.5.1.1 Layered structure base 10 --
1.5.1.2 NASICON-type material 11 --
1.5.1.3 Olivine type structure base 12 --
1.5.1.4 Sodium vanadium fluorophosphates base 13 --
1.6 1-Dimensional structure of Fe2V4O13 14 --
2. Experiments 16 --
2.1 Preparation of submicron size crystalline Fe2V4O13 16 --
2.1.1 Wet chemical process 16 --
2.1.2 Filtration 16 --
2.1.3 Amorphous to crystallization: Calcination 16 --
2.2 Physiochemical and electrochemical characterization 18 --
2.2.1 Electrode preparation with hand-made beaker type cell 18 --
2.2.2 Electrochemical operational mechanisms of the sodium ion capacitor 21 --
2.3 Electrochemical characterization 24 --
3. Results and Discussion 25 --
3.1 Morphology and XRD study of Fe2V4O13 25 --
3.2 Electrochemical properties 30 --
3.2.1 Cyclic voltammetry and galvanostatic cycle profiles 30 --
3.2.2 C-rate performance profiles 32 --
3.2.3 Ex-situ XRD and unit cell parameters 33 --
3.2.4 EDX element analysis of Fe2V4O13 35 --
4. Conclusions 38 --
-
dc.format.extent 44 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject rechargeable sodium battery -
dc.subject structure -
dc.subject Fe2V4O13 -
dc.subject sodium intercalation -
dc.subject cathode -
dc.subject host material for sodium battery -
dc.title Investigation of electrochemical properties of sodium ion intercalation into Fe2V4O13 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.2228207 -
dc.description.alternativeAbstract 드론, 휴대폰, 노트북 PC 등 휴대용 전자기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동용 전원으로서 사용되는 전지의 고용량화, 고에너지 밀도화에 대한 연구가 이루어지고 있다. 리튬 전지는 기존의 납축전지, 니켈-카드뮴전지, 니켈수소전지, 니켈아연전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배 정도 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 상업용으로 많이 사용되고 있다. 그러나 리튬 전지는 리튬의 높은 반응성으로 인해 안전성에 문제가 있으며, 또한 리튬원소는 고가이다. 반면, 나트륨 전지는 리튬 전지와 비교하여 친환경적이고, 가격경쟁력이 우수하며, 에너지 저장 특성이 높기 때문에 전력 저장용 및 전기자동차용 등 중대형전지 용도로 활발히 연구되고 있다. 나트륨 전지의 전극 활물질로서 Mn, Fe, Ni, Co, V, Cr 등의 전이 금속을 포함하는 나트륨 전이 금속 산화물이 사용될 수 있다. 상기 나트륨 전이 금속 산화물은 인산염(phosphate), 불화인산염(fluorophosphate) 등의 다가 음이온을 포함하는 인산화물에 비해 이론용량이 크고 결정 구조 내에 충분한 나트륨 이온의 이동 통로를 확보하고 있다는 구조적 이점이 있다. 그러나 나트륨 전이 금속 산화물은 충방전시 중심 금속 산화수의 변화에 따른 결정 구조의 전이에 의하여 전극이 급속히 열화되어 수명 특성이 부진하며, 결정 구조 내에 비활성 나트륨의 함량이 높아 방전 용량이 부진 하다는 단점이 있다. 따라서 수명 특성 및 방전 용량이 향상된 나트륨 전지를 제공할 수 있는 전극 활물질 개발이 여전히 요구되어 다양한 활물질을 연구한 결과 Fe2V4O13에 대한 연구를 진행하였다. 본 연구는 소듐 전지용 전극 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 전극, 및 상기 전극을 포함하는 소듐 전지에 관한 것으로서, 소듐 이온을 가역적으로 탈/삽입 시킬 수 있어 소듐 전지용 전극 활물질로 사용될 수 있는가에 관한 것이다. 이 결과는 cyclic voltammetry, galvatnostatic cycle, x-ray diffraction, electron scanning microscopy, energy dispersive x-ray spectroscopy를 통해 얻을 수 있었다. 합성된 Fe2V4O13 물질은 XRD와 GSAS를 통한 Rietveld refinemnet로 확인했다. 마그네슘 이온의 Fe2V4O13 물질로의 탈/삽입은 XRD, EDX를 이용해 증명하고 구조가 가역적인 것을 확인하였다. 결과적으로 Fe2V4O13 물질은 이미 연구가 되어있는 활물질 보다 전기화학적 특성이 특출 나지 않았다. 비록 방전 용량 및 수명 특성 향상이 이루어 지지는 않았지만 새로운 소듐 전지용 전극 활물질을 발견했다는 것에 의의를 두고 있다. ⓒ 2016 DGIST -
dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Energy Systems Engineering -
dc.contributor.coadvisor Kim, Jae Hyeon -
dc.date.awarded 2016. 2 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.date.accepted 2016-02-12 -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 에너지시스템공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Kim, Hyeon Jin -
dc.contributor.affiliatedAuthor Hong, Seung Tae -
dc.contributor.affiliatedAuthor Kim, Jae Hyeon -
dc.contributor.alternativeName 김현진 -
dc.contributor.alternativeName 홍승태 -
dc.contributor.alternativeName 김재현 -
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Department of Energy Science and Engineering Theses Master

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