본 연구에서는 전기이중층 커패시터의 전극 활물질로 사용되는 페놀계 활성탄소의 비 정전용량의 증가를 위하여 붕산을 이용하여 표면처리를 수행하였다. 또한, 붕산 처리가 전기화학 특성에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 활성탄소의 붕산 처리는 활성탄소의 표면에 전기화학적 특성 향상에 도움이 되는 퀴논형 관능기(O=C)의 비율을 효과적으로 증가시켰으며, 비표면적과 총 기공 부피 및 미세공 부피를 증가시켰다. 최적의 조건으로 붕산 처리된 활성탄소는 미처리활성탄소에 비해 비 정전용량이 약 20% 증가하였다. 이러한 결과로부터 활성탄소의 붕산 처리는 활성탄소의 비 정전용량을 효과적으로 증가시킬 수 있다고 사료된다.
최근 컴퓨터, 전기, 전자, 통신, 반도체 장비 등의 전기적 외란에 민감한 부하 설비의 사용이 증가함에 따라 전력 품질에 대한 관심이 높아지고 있다. 더 나아가서는 정밀 부하 장비들에 가장 빈번하게 발생하는 순간 전압 강하는 전력 품질 향상을 위해 적정한 보상이 필요하게 된다. 이를 위해 전기 이중층 커패시터 (EDLC : electric double layer capacitor)를 사용한 순간전압강하 보상장치가 개발되어 적용되고 있다. 본 논문에서는 순간전압강하 보상장치 (DVR : dynamic voltage restorer)에 사용되는 전기 이중층 커패시터(EDLC)에 비해 동일 사이즈 대비 에너지 밀도가 높은 하이브리드 커패시터 (hybrid capacitor)를 적용하는 연구를 하였고, 또한, 유도등의 비상 전원으로써 10년 이상의 수명을 보증할 수 있는 제품으로 하이브리드 커패시터 (hybrid capacitor)의 적용 가능성을 확인하였다.
본 연구에서는 합성한 styrene-acrylonitrile(SAN) 전구체를 기반으로 한 탄소를 제조하였다. 그 제조된 탄소는 화학적 환원법으로 활성화하였고, 그 활성화된 SAN 기반 탄소를 A-SAN이라 명명하였다. 전기이중층 커패시터의 전극용 A-SAN 기반 탄소의 표면 특성과 전기화학적 특성에 있어서 활성화 온도에 의한 효과를 확인하기 위해 다양한 온도에서 활성화를 진행하였다. A-SAN의 특성분석을 위해 X-선 회절분석법(XRD), 주사전자현미경(SEM) 그리고 비표면적 장치에 의해 조사되었다. 또한 전기화학적 거동은 순환전류전압과 정전류 충방전법으로 측정하였다. 그 실험 결과로부터, A-SAN 700이 우수한 전기화학적 특성과 가장 높은 비축전용량 값을 보였지만, 활성화 온도가 $700^{\circ}C$가 넘으면 이러한 특성들은 감소했다. 이것은 $700^{\circ}C$ 이상의 온도에서의 활성화가 마이크로 기공 구조의 변형을 야기하기 때문인 것으로 사료된다.
Proton conducting polymeric gels as the electrolytes of electrochemical capacitors have been prepared by two different methods: 1) swelling a polymethacrylate-based polymer matrix in aqueous solutions of inorganic and organic acids, and 2) polymerizing complexes of anhydrous acids and prepolymers with organic plasticizer. The FT-IR spectra strongly suggest that the carbonyl groups in the polymer matrix interact with protons from the doped acids. High ionic (proton) conductivity in the range of $6\times10^{-4}-4\times10^{-2}\;S\;cm^{-1}$ was obtained at room temperature for the aqueous gels. The non-aqueous polymer complexes showed rather low ionic conductivity, but it was about $10^{-3}\;S\;cm^{-1}\;at\;70^{\circ}C$ for the $H_3PO_4$ doped polymer electrolyte. The mechanisms of ion (proton) conduction in the polymeric systems are discussed.
Choi, Poo Reum;Kim, Sang-Gil;Jung, Ji Chul;Kim, Myung-Soo
Carbon letters
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제22권
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pp.70-80
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2017
Activated carbons (ACs) have been used as electrode materials of electric double-layer capacitors (EDLC) due to their high specific surface areas (SSA), stability, and ecological advantages. In order to make high-energy-density ACs for EDLC, petroleum pitch (PP) pre-carbonized at $500-1000^{\circ}C$ in $N_2$ gas for 1 h was used as the electrode material of the EDLC after KOH activation. As the pre-carbonization temperature increased, the SSA, pore volume and gravimetric capacitance tended to decrease, but the crystallinity and electrode density tended to increase, showing a maximum volumetric capacitance at a medium carbonization temperature. Therefore, it was possible to control the crystalline structure, SSA, and pore structure of AC by changing the pre-carbonization temperature. Because the electrode density increased with increasing of the pre-carbonization temperature, the highest volumetric capacitance of 28.4 F/cc was obtained from the PP pre-carbonized at $700^{\circ}C$, exhibiting a value over 150% of that of a commercial AC (MSP-20) for EDLC. Electrochemical activation was observed from the electrodes of PP as they were pre-carbonized at high temperatures above $700^{\circ}C$ and then activated by KOH. This process was found to have a significant effect on the specific capacitance and it was demonstrated that the higher charging voltage of EDLC was, the greater the electrochemical activation effect was.
Electric double layer capacitors (EDLCs) are promising candidates for energy storage devices in electronic applications. An EDLC yields high power density but has low specific capacitance. Carbon material is used in EDLCs owing to its large specific surface area, large pore volume, and good mechanical stability. Consequently, the use of carbon materials for EDLC electrodes has attracted considerable research interest. In this paper, in order to evaluate the electrochemical performance, graphene is used as an EDLC electrode with flake sizes of 3, 12, and 60 nm. The surface characteristic and electrochemical properties of graphene were investigated using SEM, BET, and cyclic voltammetry. The specific capacitance of the graphene based EDLC was measured in a 1 M $TEABF_4/ACN$ electrolyte at the scan rates of 2, 10, and 50 mV/s. The 3 nm graphene electrode had the highest specific capacitance (68.9 F/g) compared to other samples. This result was attributed to graphene's large surface area and meso-pore volume. Therefore, large surface area and meso-pore volume effectively enhances the specific capacitance of EDLCs.
This work describes the effect of binders, such as carboxymethylcellulose (CMC), CMC+ Polytetrafluoroethylene (PTFE) and PTFE, on the electrochemical and mechanical properties of activated carbon-electrode for electric double layer capacitor. The cell capacitors using the electrode bound with binary binder composed of CMC and PTFE, especially in composition CMC PTFE = 60 : 40 wt.%, has better rate capability and the lower internal resistance than those of the cell capacitor with CMC. On the other hand, the sheet type electrode kneaded with PTFE was bonded with conductive adhesive on Al foil. This cell capacitor using the electrode with PTFE exhibited the best mechanical properties and rate capability compared to the CMC and CMC+PTFE one. These behaviors could be explained by the well-developed network structure of PTFE fibrils doting the kneading process.
A hierarchical pore structured novolac-type phenol based-activated carbon with micropores and mesopores was fabricated. Physical activation using a sacrificial silicon dioxide ($SiO_2$) template and chemical activation using potassium hydroxide (KOH) were employed to prepare these materials. The morphology of the well-developed pore structure was characterized using field-emission scanning electron microscopy. The novolac-type phenol-based activated carbon retained hierarchical pores (micropores and mesopores); it exhibited high Brunauer-Emmett-Teller specific surface areas and hierarchical pore size distributions. The hierarchical pore novolac-type phenol-based activated carbon was used as an electrode in electric double-layer capacitors, and the specific capacitance and the retained capacitance ratio were measured. The specific capacitances and the retained capacitance ratio were enhanced, depending on the $SiO_2$ concentration in the material. This result is attributed to the hierarchical pore structure of the novolac-type phenol-based activated carbon.
Yoon, Seong Man;Jang, Yunseok;Jo, Jeongdai;Go, Jeung Sang
ETRI Journal
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제39권6호
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pp.874-879
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2017
This paper challenges the fabrication of a thin film energy storage device on a flexible polymer substrate specifically by replacing most commonly used metal foil current collectors with coated current collectors. Mass-manufacturable spray-coating technology enables the fabrication of two different half-cell electric double layer capacitors (EDLC) with a spray-coated silver paste current collector and a Ni foil current collector. The larger specific capacitances of the half-cell EDLC with the spray-coated silver current collector are obtained as 103.86 F/g and 76.8 F/g for scan rates of 10 mV/s and 500 mV/s, respectively. Further, even though the half-cell EDLC with the spray-coated current collector is heavier than that with the Ni foil current collector, smaller Warburg impedance and contact resistance are characterized from Nyquist plots. For the applied voltages ranging from -0.5 V to 0.5 V, the spray-coated thin film energy storage device exhibits a better performance.
The use of the pulsed electro acoustic (PEA) method allowed us to perform the direct observations of spatio-temporal charge distributions in Electric double layer capacitors (EDLCs) based on polarizable nanoporous carbonaceous electrode. The negative charge density became the maximum, about 205 $C/m^3$ at the region where was near to collector layer in EDLCs for case $V_{DC}$ = 2.5 V, while the positively charged density became the maximum, about 61.1 $C/m^3$ at the region where it was located around the cathode layer. The PEA measurement used here is a very useful method to quantitively investigates the spatio-temporal charge distribution in EDLCs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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