In the electrode fabrication of unit cell, it was ascertained that electrochemical characteristics were greatly increased with 90 wt.% of BP-20, 5 wt.% of Super P and 5 wt.% of mixed binder [P(VdF-co-HFP) : PVP =7 : 3] The self-discharge of unit cell showed that diffusion process was controlled by the ion concentration difference of initial electrolyte due to the characteristics of Electric Double Layer Capacitor (EDLC) charged by ion adsorption in the beginning, but this by current leakage through the double-layer at the electrode/electrolyte interface had a minor effect and voltages of curves were remained constant regardless of electrode material. The electrochemical characteristics of 2.3 V/3,000 F grade EDLC were as follows: 0.35 m of DC-ESR (100 A discharge), 0.14 mof AC-ESR (AC amplitude 100 mV), 2.80 Wh/kg (3.73 Wh/L) of energy density and 4.64 kW /kg (6.19 kW/L) of power density. Power output was compatible with electric vehicle applications, uninterrupted power supply and engine starter, in due consideration of Ragone relations.
슈퍼캐패시터(Super Capacitor) 또는 울트라 캐패시터(Ultra Capacitor) 등으로 불리우는 전기 이중층 캐패시터(EDLC, Electric Double Layer Capacitor)는 기존 콘덴서보다 월등한 용량 특성을 가지며, 전극과 전해질의 화학반응을 이용하던 이차전지들과 달리 주로 계면반응을 사용한 축전원리를 이용하여 높은 출력밀도와 충방전 효율, 무제한에 가까운 사이클 특성을 가지고 있다. 또한 전류변화에 안정적이어서 기존의 이차전지와는 달리 보호회로를 생략할 수 있기 때문에 단순한 회로 구성이 가능하고 전극활물질로서 탄소재를 사용하여 환경 친화적인 특성을 가진 차세대 에너지저장장치라고 할 수 있다. 특히 50만 사이클이라는 우수한 수명특성으로 인해 기존의 이차전지가 사용되기 어려운 다양한 분야에 적용이 늘어가고 있는 추세에 있다.
This article is concerned with the overview of the activated carbon fibers. Firstly, this review provides a comprehensive survey of the overall processes for the synthesis of the activated carbon fibers from the carbonaceous materials. Subsequently, the physicochemical properties such as pore structures and surface oxygen functional groups of the activated carbon fibers were discussed in detail. Finally, as electrochemical applications of the activated carbon fibers to electrode materials for electric double-layer capacitor (EDLC), the electrochemical characteristics of the activated carbon fiber electrodes and the various methods to improve the capacitance and rate capability were introduced. In particular, the effect of pore length distribution (PLD) on kinetics of double-layer charging/discharging was discussed based upon the experimental and theoretical results in our work. And then we discussed in detail the applications of the activated carbon fibers to adsorbent materials for purification of liquid and gas.
In addition to the energy storage facilities based on high power technologies, Electric double layer capacitors(EDLC) are today's candidate for power quality stabilization. However, its low energy density is often inhibiting factor for application of electric power industry. Hybrid supercapacitor is an promising energy storage device that positioned between conventional EDLC and Li-ion battery. This paper describes the preparation and characteristics of a hybrid supercapacitor and module for power quality stabilization. A cylindrical 3200F hybrid supercapacitor ($60{\times}74.5mm$) was assembled by using the $Li_4Ti_5O_{12}$ electrode as an anode and activated carbon as a cathode. It shows 2.5 times higher energy density than conventional EDLC with the same volume. In order to determine the characteristics of the hybrid supercapacitor Module for uninterruptible power supply (UPS), hybrid supercapacitor cells were connected in series with active balancing circuit. At even the high current density of 14A(10C), Module prepared by 18 cells showed the capacitance of 170F at 30~50V, suggesting the applicability for UPS.
본 논문에서는 순시전압강하 보상장치 등의 전력변환시스템에 사용되는 수퍼 커패시터(또는 전기이중층콘덴서; EDLC)의 고장진단을 위한 파라미터의 측정기법에 관한 연구를 수행하였다. 직류 에너지의 저장을 위한 기존의 장치에는 납축전지 또는 전해 커패시터를 사용하여 왔으나 환경문제 및 에너지밀도의 측면에서 불리하여 최근에는 수퍼 커패시터의 사용이 주목을 받고 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 수퍼 커패시터의 내부 특성 및 고장 마모 등을 분석하기 위한 커패시터의 등가직렬저항(ESR) 및 정전용량을 측정하는 기법을 제시하여 고장진단의 주요한 데이터에 활용이 가능토록 하였으며, 또한 수퍼 커패시터를 적용한 순간전압강하에 대한 응용 실험을 수행하여 그 결과를 함께 제시하였다.
For the first time, a totally solid state electric double layer capacitor has been fabricated using an alkaline polymer electrolyte and an activated carbon powder as electrode material. The polymer electrolyte serves both as separator as well as electrode binder. The capacitor has a three-layer structure; electrode-electrolyte-electrode. A cyclic voltammetry and constant current discharge have been used for the determination of the electro chemical performance of capacitors.
Commercial activated-carbon used as the electrode material of an electric double-layer capacitor (EDLC) was posttreated with various acids and alkalis to increase its capacitance. The carbon samples prepared were then heat-treated in order to control the amount of acidic functional groups formed by the acid treatments. Coin-type EDLC cells with two symmetric carbon electrodes were assembled using the prepared carbon materials and an organic electrolyte. The electrochemical performance of the EDLC was measured by galvanostatic charge-discharge, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy. Among the various activated carbons, the carbon electrodes (CSsb800) prepared by the treatments of coconutshell-based carbon activated with NaOH and $H_3BO_5$, and then heat treated at $800^{\circ}C$ under a flow of nitrogen gas, showed relatively good electrochemical performance. Although the specific-surface-area of the carbon-electrode material ($1,096m^2/g$) was less than that of pristine activated-carbon ($1,122m^2/g$), the meso-pore volume increased after the combined chemical and heat treatments. The specific capacitance of the EDLC increased from 59.6 to 74.8 F/g (26%) after those post treatments. The equivalent series resistance of EDLC using CSsb800 as electrode was much lower than that of EDLC using pristine activated carbon. Therefore, CSsb800 exhibited superior electrochemical performance at high scan rates due to its low internal resistance.
최근 산업 및 경제의 급속한 발전으로 컴퓨터를 비롯한 전기 및 전자 장비, 통신기기, 반도체 장비 등 전기적 외란에 민감한 부하 설비의 사용이 급증하면서 전력 품질에 대한 관심이 고조되고 있다. 그 이유는 정밀 부하 장비들이 전압의 순간적 변동에 대하여 민감하여 이 문제로 인하여 파생되는 경제적 피해가 매우 크기 때문에 지속적인 관리가 필요하다. 이러한 문제 중에서 가장 빈번하게 발생하는 순간 전압 강하를 보상하기 위한 장치로 전기 이중 층 커패시터 (EDLC: Electric Double Layer Capacitor)를 에너지 저장장치로 사용한 순간전압강하 보상장치 (DVR: Dynamic Voltage Restorer) 시스템이 개발 되어 적용되고 있다. 본 논문에서는 현재 순간전압강하 보상장치에 사용되는 DVR 시스템에서 주로 사용되는 에너지 저장장치인 EDLC 보다 동일 사이즈 대비 에너지 밀도가 높은 하이브리드 커패시터를 적용하는 연구를 하고자 한다.
최근들어, 전기이중층 커패시터 등의 친환경 전력저장장치의 수요가 증가하면서, 이를 위한 양방향 충/방전기의 수요 또한 증가하고 있다. 그러나, 기존의 상용화된 아날로그 제어기를 사용하는 DC-DC 컨버터를 충 방전기로 사용하게 되면, 충/방전 레퍼런스를 제공하는 상위 디지털 제어기와 별도로 아날로그 제어기를 제작해야 하는 문제가 있고, 회로가 복잡해지며, 모드전환 시 과도응답이 좋지 않다. 이에 대한 대안으로 단일 디지털 제어기를 사용하게 되면 쉽게 구현 가능한 설계방식을 이용하여 양방향 시스템의 성능을 향상 시킬 수 있다. 본 논문에서는 단일 회로 단 양방향 벅-부스트 컨버터에 전기이중층 콘덴서를 이용한 친환경 전력저장장치의 양방향 충/방전 시스템을 구현하고, DSP(TI사 TMS320F28335)를 이용한 디지털 제어기를 적용하였다. MATLAB simulink를 이용하여 모의실험을 수행하였고, 하드웨어를 구성하여 실험한 결과, 모의실험과 마찬가지로 양방향 시스템의 응답특성이 개선되었음을 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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