In this report, we fabricate the porous graphene films through embossing process and vacuum filtration method and demonstrate their superior electrochemical properties as supercapacitor electrode materials. Insertion/removal of polystyrene nanoparticles between the graphene sheets allows to provide pore structures, leading to the effective prevention of restacking in graphene films. As-prepared porous graphene films have a large surface area, a bicontinuous porous structures, high electrical conductivity, and excellent mechanical integrity. The electrochemical properties of the porous graphene films as electrode materials of supercapacitor are investigated by using aqueous $H_2SO_4$ and ionic liquid solution under three-electrode system. The porous graphene films exhibit a high specific capacitance (284.5 F/g), which is two-fold higher than that of packing graphene films (138.9 F/g). In addition, the rate capability (98.7% retention) and long-term cycling stability (97.2%) for the porous graphene films are significantly enhanced, due to the facilitated ion mobility between the graphene layers.
Choi, Min Sung;Park, Sulki;Lee, Hyunjoo;Park, Ho Seok
Carbon letters
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v.25
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pp.103-112
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2018
Hierarchically porous, chemically activated carbon materials are readily derived from biomass using hydrothermal carbonization (HTC) and chemical activation processes. In this study, empty fruit bunches (EFB) were chosen as the carbon source due to their sustainability, high lignin-content, abundance, and low cost. The lignin content in the EFB was condensed and carbonized into a bulk non-porous solid via the HTC process, and then transformed into a hierarchical porous structure consisting of macro- and micropores by chemical activation. As confirmed by various characterization results, the optimum activation temperature for supercapacitor applications was determined to be $700^{\circ}C$. The enhanced capacitive performance is attributed to the textural property of the extremely high specific surface area of $2861.4m^2\;g^{-1}$. The prepared material exhibited hierarchical porosity and surface features with oxygen functionalities, such as carboxyl and hydroxyl groups, suitable for pseudocapacitance. Finally, the as-optimized nanoporous carbons exhibited remarkable capacitive performance, with a specific capacitance of $402.3F\;g^{-1}$ at $0.5A\;g^{-1}$, a good rate capability of 79.8% at current densities from $0.5A\;g^{-1}$ to $10A\;g^{-1}$, and excellent life cycle behavior of 10,000 cycles with 96.5% capacitance retention at $20A\;g^{-1}$.
Here, we introduce porous graphene balls (PGB) showing superior electrochemical properties as supercapacitor electrode materials. PGB was fabricated via activation of graphene oxides (GO) by H2O2 and aerosol spray drying in series. Effect of activation on the morphology, specific surface area, pore volume, and electrochemical properties were investigated. As-prepared PGB showed spherical morphology containing pores, which lead to the effective prevention of restacking in graphene sheets. It also exhibited a large surface area, unique porous structures, and high electrical conductivity. The electrochemical properties of the PGB as electrode materials of supercapacitor are investigated by using aqueous KOH under symmetric two-electrode system. The highest specific capacitance of PGB was 279 F/g at 0.1 A/g. In addition, the high rate capability (93.8% retention) and long-term cycling stability (92.2%) of the PGB were found due to the facilitated ion mobility between the porous graphene layers.
Fibrous supercapacitors (FSs), owing to their high power density, good safety characteristic, and high flexibility, have recently been in the spotlight as energy storage devices for wearable electronics. However, despite these advantages, FCs face many challenges related to their active material of carbon fiber (CF). CF has low surface area and poor wettability between electrode and electrolyte, which result in low capacitance and poor long-term stability at high current densities. To overcome these limits, fibrous supercapacitors made using surface-activated CF (FS-SACF) are here suggested; these materials have improved specific surface area and better wettability, obtained by introducing porous structure and oxygen-containing functional groups on the CF surface, respectively, through surface engineering. The FS-SACF shows an improved ion diffusion coefficient and better electrochemical performance, including high specific capacity of 223.6 mF cm-2 at current density of 10 ㎂ cm-2, high-rate performance of 171.2 mF cm-2 at current density of 50.0 ㎂ cm-2, and remarkable, ultrafast cycling stability (96.2 % after 1,000 cycles at current density of 250.0 ㎂ cm-2). The excellent electrochemical performance is definitely due to the effects of surface functionalization on CF, leading to improved specific surface area and superior ion diffusion capability.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.11a
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pp.683-686
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2004
In recent years, the supercapacitor and hybrid capacitor have related with substitutional energy source focused of many scientists because of their usage in power sources for electric vehicles, computers and other electric devices. The storage energy of electrical charge is based on electrostatic interactions in the electric double layer at the electrode/electrolyte interface, resulting in high rate capability and long cycle performance compared with batteries based on Faradaic electrode reactions. So we have been considered to carbon nanofibers as the ideal material for supercapacitors due to their high utilization of specific surface area, good conductivity, chemical stability and other advantages. In this work, we aimed to find out that the capacitance have increased because of electrochemical capacitance to provide by carbon nanofibers. Also carbon nanofibers based on chemical method and water treatment have been resulted larger capacitances and also exhibit better electrochemical behaviors about 15% than before of nontreated state. And also optical observations with treated and nontrteated carbon nanofibers discussed by the TEM, SEM, EDX, BET works and specific surface area analyzer. Their results also focused on the surface area of electrode and electrical capacitance was also improved by the effect of surface treatments.
Muhammad Ramzan Abdul Karim;Waseem Shehzad;Khurram Imran Khan;Ehsan Ul Haq;Yousaf Haroon
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.15
no.3
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pp.321-344
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2024
Transition metal compounds (TMCs) are being researched as promising electrode materials for electrochemical energy storage devices (supercapacitors). Among TMCs, transition metal phosphates (TMPs) have good, layered structures owing to open framework and protonic exchange capability among different layers, good surface area due to engrossed porosity, rich active redox reaction sites owing to octahedral structure and variable valance metallic ions. Hence TMPs become more ideal for supercapacitor electrode materials compared to other TMCs. However, TMPs have got some issues like low conductivity, rate performance, stability, energy, and power densities. But these problems can be addressed by making their composites with carbonaceous materials, e.g., carbon nanotubes (CNTs), graphene oxide (GO), graphitic carbon (GC), etc. A few factors like high surface area, excellent electrical conductivity of carbon materials and variable valence metal ions in TMPs caused great enhancement in their electrochemical performance. This article tries to discuss and compare the published data, majorly in last decade, regarding the electrochemical energy storage potential of pristine unary, binary, and ternary TMPs and their hybrid composites with carbonaceous materials (CNTs, GOs/rGOs, GC, etc.). The electrochemical performance of the hybrids has been reported to be higher than the pristine counterparts. It is hoped that the current review will open a new gateway to study and explore the high performance TMPs based supercapacitor materials.
Birnessite-type manganese dioxide (δ-MnO2) with hierarchical micro-/mesoporosity was synthesized via sacrificial graphene template approach under mild hydrothermal conditions for the first time. Graphene template was obtained by a surfactant (cetyltrimethylammonium bromide, CTAB) assisted liquid phase exfoliation (LPE) in water. A thin PEDOT:PSS (poly (3,4-ethylene dioxythiophene): poly (styrene sulfonate)) layer was applied to improve electrical conductivity and rate capability of MnO2. The MnO2 (535 F g-1 at 1 A g-1 and 45 F g-1 at 10 A g-1) and MnO2/PEDOT:PSS nanocomposite (550 F g-1 at 1 A g-1 and 141 F g-1 at 10 A g-1) delivered electrochemical performances superior to their previously reported counterparts. An asymmetric supercapacitor, composed of MnO2/PEDOT:PSS (positive) and Fe3O4/Carbon (negative) electrodes, provided a maximum specific energy of 18 Wh kg-1 and a maximum specific power of 4.5 kW kg-1 (ΔV= 2 V, 1M Na2SO4) with 85% capacitance retention after 1000 cycles. The graphene-templated MnO2/PEDOT:PSS nanocomposite obtained by a simple and green approach promises for future energy storage applications with its remarkable capacitance, rate performance and cycling stability
Jo, Eun Hee;Kim, Sun Kyung;Chang, Hankwon;Lee, Chong Min;Park, Su-Ryeon;Choi, Ji-hyuk;Jang, Hee Dong
Particle and aerosol research
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v.12
no.4
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pp.127-134
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2016
A multiwall carbon nanotube (MWCNT)/graphene (GR) composite was synthesized for an enhanced supercapacitor. Aerosol spray pyrolysis (ASP) was employed to synthesize the MWCNT/GR composites using a colloidal mixture of MWCNT and graphene oxide (GO). The effect of the weight ratio of the MWCNT/GO on the particle properties including the morphology and layered structure were investigated. The morphology of MWCNT/GR composites was generally the shape of a crumpled paper ball, and the average composite size was about $5{\mu}m$. MWCNT were uniformly dispersed in GR sheets and the MWCNT not only increase the basal spacing but also bridge the defects for electron transfer between GR sheets. Thus, it was increasing electrolyte/electrode contact area and facilitating transportation of electrolyte ion and electron in the electrode. Electrochemical data demonstrate that the MWCNT/GR (weight ratio=0.1) composite possesses a specific capacitance of 192 F/g at 0.1 A/g and good rate capability (88% capacity retention at 4 A/g) using two-electrode testing system.
Nam, Ji Hyun;Woo, Cho Hyeon;Kim, Kwang Man;Ryu, Kwang Sun;Ko, Jang Myoun
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.3
no.2
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pp.80-84
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2012
The polyaniline (PANI) electrodes are prepared by chemical synthesis and electrodeposition methods and their supercapacitive properties are characterized and compared by morphology observation, cyclic voltammetry as a function of scan rate, and impedance spectra analysis. In particular, the supercapacitive properties obtained in the range of higher potential scan rates (e.g., over $200mV\;s^{-1}$) are emphasized to be capable of utilizing adequately the high power capability of supercapacitor. As a result, the PANI electrode by the electrodeposition shows superior specific capacitance (max. $474F\;g^{-1}$ at $10mV\;s^{-1}$ and about $390F\;g^{-1}$ at $500mV\;s^{-1}$) than those by the chemical synthesis method. This is mainly due to highly porous structure obtained by the electrodeposition to yield higher specific surface area.
Petal-like nickel cobaltite ($NiCo_2O_4$)/reduced graphene oxide (rGO) composites with different $rGO-to-NiCo_2O_4$ weight ratios were synthesized using a simple hydrothermal method and subsequent thermal treatment. In the $NiCo_2O_4/rGO$ composite, the $NiCo_2O_4$ 3-dimensional nanomaterials contributed to the improvement of electrochemical properties of the final composite material by preventing the restacking of the rGO sheet and securing ion movement passages. The composite structure was examined by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM), and Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy. The FE-SEM and TEM images showed that petal-like $NiCo_2O_4$ was supported on the rGO surface. Cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were used for the electrochemical analysis of composites. Among the prepared composites, $0.075g\;rGO/NiCo_2O_4$ composite showed the highest specific capacitance of $1,755Fg^{-1}$ at a current density of $2Ag^{-1}$. The cycle performance and rate capability of the composite material were higher than those of using the single $NiCo_2O_4$ material. These nano-structured composites could be regarded as valuable electrode materials for supercapacitors that require superior performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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