Proceedings of the Korean Fiber Society Conference
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2003.04a
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pp.91-94
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2003
탄소재료는 높은 전기전도도 및 기계적 강도, 화학적 안정성, 큰 비표면적(1000~3000 $m^2$/g) 등의 특성 때문에 연료전지, 리튬이온 이차전지, 전기이중층 캐패시터(electric double layer capacitor, EDLC)의 전극활물질로 주목받고 있다[1]. 일반적으로 활성탄소섬유는 1000~3000 $m^2$/g의 비표면적을 갖기 때문에 종래의 필름 콘덴서와 세라믹 콘덴서에 비해 비약적인 고용량(체적당 수천 배, Farad급)을 얻을 수 있다. 전기이중층 캐패시터는 수명이 반영구적이며 사용온도의 범위가 넓고 안전하다는 장점을 지니고 있으며 이러한 캐패시터의 성능은 전극으로 사용되는 활성탄소 섬유의 비표면적, 세공의 크기, 구조 및 형태, 표면의 관능기 및 전기 전도도 등의 특성에 크게 좌우된다[1-3]. (중략)
In this work, we prepared the activated graphite nanofibers (A-GNFs) via chemical activation with KOH/GNFs ratios in a range of 0 to 5. The effect of KOH activation was studied in the surface and pore properties of the samples for electrochemical performance. The surface properties of A-GNFs were characterized by XRD and SEM measurements. The textural properties of the A-GNFs were investigated by $N_2$/77 K adsorption isotherms using Brunauer-Emmett-Teller (BET) equation. Their electrochemical behaviors were investigated by cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge performance. From the results, electrochemical performances of the A-GNFs were improved with increasing the ratio of KOH reagent. It was found that specific surface area and total pore volume of the A-GNFs were increased by KOH activation.
Sin, Dong-Yo;An, Geon-Hyeong;Lee, Do-Yeong;Lee, Eun-Hwan;Lee, Yeong-Geun;An, Hyo-Jin
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.411.2-411.2
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2016
직접 메탄올 연료전지 (DMFCs)는 친환경적이고 낮은 작동 온도로 인한 빠른 구동, 높은 에너지 밀도 등 다양한 장점을 가지고 있어 차세대 에너지 변환소자로 많은 관심을 받고 있다. 직접 메탄올 연료전지는 메탄올을 연료로 사용하며, 메탄올이 보유하고 있는 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치로써 음극에서는 백금 촉매로 인한 메탄올 산화반응, 양극에서는 환원 반응이 일어나며 전기화학적 구동을 하게 된다. 하지만 일산화탄소 피독으로 인한 촉매 활성 저하, 메탄올의 cross over, 백금 촉매 사용으로 인한 고비용 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 많은 연구자들이 백금 사용량을 줄이고 백금 촉매를 고르게 분포하기 위해 값이 저렴하고 넓은 비표면적을 갖는 탄소계 (graphite, graphene, carbon nanotube, carbon nanofiber 등) 지지체 재료를 도입하고 있다. 이 중 탄소나노섬유 (carbon nanofibers, CNFs)는 우수한 전기전도도와 열적/화학적 안정성을 가지고 있으며, 특히 넓은 비표면적을 가지고 있어 백금 촉매의 지지체로서 많은 연구가 진행되고 있다[1]. 따라서 우리는 전기방사법을 활용하여 넓은 비표면적을 보유하는 다공성 탄소나노섬유를 성공적으로 합성하였다. 또한, 이를 백금 촉매의 지지체로 도입하여 직접 메탄올 연료전지를 위한 다공성 탄소나노섬유에 담지된 고분산성 백금 촉매를 제조하였다. 제조한 다공성 탄소나노섬유의 형상 및 구조 분석은 주사전자 현미경 (field-emission scanning electron microscopy)와 투과전자 현미경 (transmission electron microscopy)를 이용하여 분석하였고, 결정구조와 화학적 결합상태는 X-선 회절분석 (X-ray diffraction) 및 X-선 광전자 분광법 (X-ray photoelectron spectroscopy)를 이용하여 규명하였다. 전기화학적 특성은 순환 전압 전류법 (cyclic voltammetry)를 이용하였다. 이러한 실험 결과들을 바탕으로 다공성 탄소나노섬유에 담지된 고분산성 백금 촉매의 자세한 특성을 본 학회에서 다루도록 하겠다.
Modifying surface of activated carbon for the electrode of EDLC with an organic electrolyte was investigated to improve the electrochemical performance of EDLC by the microwave radiation. Three kinds of activated carbons, prepared activated carbon from petroleum cokes and pitch cokes and commercial activated carbon BP-25, were used for this study. For all investigated activated carbons, hydrophilic functional groups-containing oxygen disappeared from the surface of activated carbon as microwave radiation. And as microwave radiation time was increased, the specific surface area and total pore volume of activated carbons were reduced and average pore diameter were increased. From theses effects, interfacial resistance of EDLC with the modified activated carbon electrode was drastically decreased, and discharge capacitance was increased although the specific surface area of activated carbon was reduced by this microwave radiation.
The electrode material performances of electric double layer capacitor(EDLC) were investigated using mesopous active carbon fiber(ACF), which was prepared by the iron exchange method. The mesoporous ACF had pore characteristics of specific surface area around 1249, 664 $m^2$/g, mesoporous fraction around 70.6-81.3% and meanpore size around 2.78-4.14 nm. The results showed that as HNO3 treatment time decreased, the specific surface area increased and mesoporous fraction decreased. To investigate electrochemical performance of EDLC, unit cell was manufactured using mesoporus ACF, conducting material and binder; organic elctrolyte was used on this experiment. The specific capacitance of ACF treated with HNO3 for 2 hours turned out to be 0.47 $F/cm^2$and the results of the cyclic charge-discharge tests were stable. Thus, the electrochemical performance of EDLC was mainly dependent on specific surface area of ACF electrode and the diffusion resistance of charge decreased as the mesopore increased.
Kang, Jin Kyun;Chung, Yong Sik;Bai, Byong Chol;Ryu, Ji Hyun
Journal of Adhesion and Interface
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v.21
no.2
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pp.51-57
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2020
Recently, there has been growing interest in the study of removal of harmful and hazardous pollutants emitted by industrial activities. In this study, we have developed porous activated carbon fibers prepared by a water vapor activation method and analyzed the adsorptions of the harmful gases with electrochemical responses of activated carbon fibers. To control the uniformity of pore structures, active reaction areas, and active sites, the reaction conditions of activation temperatures were varied from 750 to 850 ℃ with the predetermined reaction time intervals (30 to 240 min). The SO2 and NO gas adsorptions of activated carbon fibers prepared by various reaction conditions were analyzed and monitored by electrochemical sensor responses. In particular, the activated carbon fibers prepared at the reaction temperature of 850 ℃ and time of 45 min showed the highest specific surface area (1,041.9 ㎡/g) and pore characteristics (0.42 ㎤/g), and excellent adsorption capabilities of SO2 (1.061 mg/g) and NO (1.210 mg/g) gases, respectively.
Choi, Jeong Eun;Bae, Ga Yeong;Yang, Jeong Min;Lee, Jong Dae
Korean Chemical Engineering Research
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v.51
no.3
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pp.308-312
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2013
Active carbons with high specific surface area and micro pore structure were prepared from the coconut shell char using the chemical activation method of NaOH. The preparation process has been optimized through the analysis of experimental variables such as activating chemical agents to char ratio and the flow rate of gas during carbonization. The active carbons with the surface area (2,481 $m^2/g$) and mean pore size (2.32 nm) were obtained by chemical activation with NaOH. The electrochemical performances of hybrid capacitor were investigated using $LiMn_2O_4$, $LiCoO_2$ as the positive electrode and prepared active carbon as the negative electrode. The electrochemical behaviors of hybrid capacitor using organic electrolytes ($LiPF_6$, $TEABF_4$) were characterized by constant current charge/discharge, cyclic voltammetry, cycle and leakage tests. The hybrid capacitor using $LiMn_2O_4$/AC electrodes had better capacitance than other hybrid systems and was able to deliver a specific energy as high as 131 Wh/kg at a specific power of 1,448 W/kg.
In this study, the electrochemical performance of surface modified carbon using the PFO (pyrolyzed fuel oil) was investigated by chemical activation with KOH and $K_2CO_3$. PFO was heat treated at $390{\sim}400^{\circ}C$ for 1~3h to prepared the pitch. Three carbon precursors (pitch) prepared by the thermal reaction were 3903 (at $390^{\circ}C$ for 3h), 4001(at $400^{\circ}C$ for 1h) and 4002 (at $400^{\circ}C$ for 2h). Also, the effect of chemical activation catalysts and mixing time on the development of porosity during carbonization was investigated. The prepared carbon was analyzed by BET and FE-SEM. It was shown that chemical activation with KOH could be successfully used to develop carbon with specific surface area ($3.12m^2/g$) and mean pore size (22 nm). The electrochemical characteristics of modified carbon as the anode were investigated by constant current charge/discharge, cyclic voltammetry and electrochemical impedance tests. The coin cell using pitch (4002) modified by KOH has better initial capacity (318 mAh/g) than that of other pitch coin cells. Also, this prepared carbon anode appeared a high initial efficiency of 80% and the retention rate capability of 2C/0.1 C was 92%. It is found that modified carbon anode showed improved cycling and rate capacity performance.
Capacitor performance was considered using coffee grounds-based activated carbon produced through oil extraction and KOH activation to increase the utilization of boiwaste. Oil extraction from coffee grounds was performed by solvent extraction using n-Hexane and isopropyl alcohol solvents. The AC_CG-Hexane/IPA produced by KOH activation after oil extraction increased the specific surface area by up to 16% and the average pore size by up to 2.54 nm compared to AC_CG produced only by KOH activation without oil extraction. In addition, the pyrrolic/pyridinic N functional group of the prepared activated carbon increased with the extraction of oil from coffee grounds. In the cyclic voltage-current method measurement experiment, the specific capacitance of AC_CG-Hexane/IPA at a voltage scanning speed of 10 mV/s is 133 F/g, which is 33% improved compared to the amorphous capacity of AC_CG (100 F/g). The results show improved electrochemical properties by improving the size and specific surface area of the mesopores of activated carbon by removing components from coffee grounds oil and synergistic effects by increasing electrical conductivity with pyrrolic/pyridinic N functional groups. In this study, the recycling method and application of coffee grounds, a bio-waste, is presented, and it is considered to be one of the efficient methods that can be utilized as an electrode material for high-performance supercapacitors.
Jo, Un;Kim, Yong-Il;Yoon, Jae-Kook;Yoo, Jung-Joon;Yoon, Ha-Na;Kim, Sung-Soo;Kim, Jong-Huy
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.16
no.3
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pp.129-137
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2013
From the cooked-rice as a raw material, activated carbons throughout a hydrothermal synthesis and vacuum soak of KOH for chemical activation were obtained. Activated carbon electrodes for electric double layer supercapacitors were prepared and electrochemical characteristics were examined. Including the specific surface area by BET method and pore size distribution by NLDFT method, physical properties of activated carbons were investigated by means of SEM, EDS, XRD, and TG analyses. Cycle voltammetry and AC-impedance measurements were conducted to confirm the electrochemical characteristics for the electrodes. From hydrothermal synthesis, $5{\sim}7{\mu}m$ diameters of spherical carbons were obtained. After the activation at $800^{\circ}C$, it was notable for the activated carbon to be the specific surface $1631.8cm^2/g$, pore size distribution in 0.9~2.1 nm, and micro-pore volume $0.6154cm^3/g$. As electrochemical characteristics of the activated carbon electrode in 6M KOH electrolyte, it was confirmed that the specific capacitances of 236, 194, and 137 F/g at the scan rate of 5, 100, and 500 mV/s respectively were exhibited and 91.2% of initial capacitance after 100,000 cycles at 200 mV/s was maintained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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