Among the lithium metal oxides for asymmetric hybrid supercapacitor, $Li_4Ti_5O_{12}(LTO)$ is an emerging electrode material as zero-stain material in volume change during the with the charging and discharging processes. The pulverized LTO powder was observed to show the enhanced capacity from 120 mAh/g to 156 mAh/g at C-rate (10, 100 C). Hybrid supercapacitor module(48V, 416F) was fabricated using an asymmetric hybrid capacitor with a capacitance of 7500F. As a result of the measurement of C-rate characteristics, the module shows that the discharge time is drastically reduced at more than 50C, and the ESR and voltage drop characteristics are increased. The energy density and power density were reduced under high C-rate conditions. When designing asymmetric hybrid supercapacitor module, the C-rate and ESR should be considered As a result of measuring the 5 kw UPS, it was discharged at the current of 116A~170A during the discharge in the voltage range of 48V~30V, and the compensation time at discharge was measured to be about 33.2s. Experimental results show that it can be applied to applications related to stabilization of power quality by applying hybrid supercapacitor module.
본 연구에서는 궐련형 담배의 담뱃잎 바이오매스 폐기물을 수거하여 슈퍼커패시터용 활물질로 제조 및 응용하였다. 수거한 담뱃잎 폐기물을 질소 환경에서 다양한 온도(800/850/950℃)로 탄화하였으며, 탄소/산소 성분비(C/O ratio) 분석을 통해 850℃에서 가장 우수한 품질의 탄소 물질이 제조되었음을 확인하였다. 추가적으로 담뱃잎 기반의 탄소 물질에 폴리피롤(Polypyrrole)을 저온중합법을 통해 코팅하여 전기화학적 성능을 향상시켰다. 탄소 물질(CTL-850)과 폴리피롤을 코팅한 탄소 물질(CTL-850/PPy)을 기반으로 한 전극의 전기화학적 성능을 측정한 결과, -1.0-0.0V와 0.0-1.0V의 전위창에서 각각 100.2F g-1@1 A g-1과 155.3F g-1@1 A g-1의 우수한 비정전용량(Specific capacitance)를 나타내었다. 두 개의 전극을 활용하여 비대칭형 슈퍼커패시터 소자(Asymmetric supercapacitor device)를 제작하였으며, 제조한 비대칭형 CTL-850//CTL-850/PPy 소자는 2.0V의 구동전압 범위와 비정전용량(31.1F g-1@1 A g-1)을 가지고 있음을 확인하였다. 또한, 제조한 슈퍼커패시터 소자의 방전을 통해 1.8V의 Red Led를 점등할 수 있음을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 바이오매스를 우수한 성능의 친환경 에너지 저장매체로 활용하는 후속 연구에 대한 방향성을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
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.
Recently, the performance of portable electric equipment can often improved by a Li-ion battery assisted by a supercapacitor. A supercapacitor can provide high power density as well as a low resistance in the hybrid system. In this study, we have prepared, as the pluse power souce, a commercially supplied Li-ion battery with a capacity of 700mAh and AC resistivity of $60m\Omega$ at 1kHz and nonaqeous asymmetric hybrid capacitor composed of an activated carbon cathode and MCMB anode, and have examined the electrochemical characteristics of hybrid capacitor and the pulse performances of parallel connected battery/hybrid capacitor source. The nonaqueous asymmetric hybrid capacitor, the stacks of 10 pairs of the cathode, the porous separator and the anode electrode were housed in Al-laminated film cell. The hybrid capacitor, which was charged and discharged at a constant current at $0.25mA/cm^2$ between 3 and 4.3V, has exhibited the capacitance of 100F. And the equivalent series resistance was $32m\Omega$ at 1kHz. By combining a Li-ion battery and a hybrid capacitor, the pulse performance of battery can be improved 23% in run time under a pulse discharge of 7C-rate.
In recent years, supercapacitors have been developed rapidly as a rechargeable energy storage device. And the performance of supercapacitors is depending on electrode materials, the preparation method and performance of electrode materials have become the primary goal of scientific development. This study synthesizes Co3O4@MnO2@PPy cathode material with porous pattern core-shell structure by hydrothermal method and electrodeposition. The result samples are characterized by X-ray diffraction transmission/scanning electron microscope, and X-ray photoelectron spectroscopy. Electrochemical evaluation reveals that electrochemical performance is significantly enhanced by PPy depositing. The specific capacitance of Co3O4@MnO2@PPy is 977 F g-1 at 1 A g-1, the capacitance retention rate of 105%. Furthermore, the electrochemical performance of Co3O4@MnO2@PPy//AC asymmetric supercapacitor assembles with AC as the negative electrode material is significantly better than that of MnO2//AC and Co3O4@MnO2//AC. The capacity of Co3O4@MnO2@PPy//AC is 102.78 F g-1. The capacity retention rate is still 120% for 5000 charge-discharge cycles.
Nickel sulfide (NiS) is one of the most promising candidates as an electrode material for supercapacitors due to its good capacitive properties, high electrical conductivity and low cost. In addition to the development of the new electrode materials, nanostructuring the electrode surface is one of the main issues in enhancing the capacitive performance of the supercapacitors because the increased surface area can improve the charge transfer and energy storage processes occurring at the electrode surface. However, most nanofabrication techniques require complicated and delicate nanoprocesses, and hence are not suitable for practical use. In this work, we developed a simple method to fabricate nanostructured NiS electrodes by depositing NiS onto $TiO_2$ nanoparticles. First, $TiO_2$ nanoparticles were spin-coated on a fluorine-doped tin oxide (FTO) substrate, and then NiS layers were deposited onto the $TiO_2$ nanoparticles by consecutive dip-coatings in the solutions containing nickel and sulfur precursors. This nanostructured NiS electrode showed significantly improved capacitive properties compared to the electrode of NiS films deposited without $TiO_2$ nanoparticles. The asymmetric full-cell supercapacitor with this nanostructured NiS electrode and activated carbon electrode was also fabricated and investigated.
A hybrid supercapacitor is fabricated using a composite material from $LiMn_2O_4$ (LMO) and activated carbon (AC) as the positive electrode and AC as the negative electrode to form the (LMO + AC)/AC system. Volume ratio (positive : negative) of electrodes is controlled to investigate of the power and energy balance. The (LMO + AC)/AC system shows better performances than the LMO/AC system. Especially, electrochemical impedance spectra, rate charge.discharge and cycle performance testing show that the (LMO + AC)/AC system have an outstanding electrochemical performance at volume ratios of (LMO + AC)/AC = 1 : 1.7 and 1 : 2. Electric double layer capacitor (EDLC) capacitance between AC of the positive electrode and AC of the negative electrode improves power density without loss of capacitance. Stable capacitance is achieved by lowering the positive electrode resistance and balancing the energy and power densities between the positive and negative electrodes by the addition of AC to the positive electrode at high current density.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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