Mesoporous activated carbon fiber (ACF) was prepared from phenolic resin containing a small amount (0.1 wt %) of organic nickel complex through carbonization and steam activation. Microporous ACF as reference sample was also prepared from phenolic resin without agent. In both cases of the mesoporous ACFs and the microporous ACFs, the electric double layer capacitance of the nonaqueous electrolyte (0.5 M $TEABF_4$/PC or 1.0 M $LiClO_4$/PC) was not proportional to the BET specific surface area. This is owing to the low permeability of nonaqueous electrolyte or the low mobility of ion in narrow micropores. However, the mesoporous ACF showed higher double layer capacitance than the microporous (normal) ACF. This result suggests that the presence of many mesopores promotes the formation of effective double layer or the transfer of ion in the micropore.
Double-layer capacitors (DLCs) are developed with high surface electrodes to achieve a high capacitance value. In the present work, the initial bulk concentration of 1 mol/m3 and 3 mol /m3 are selected to show the consequential effects on the performance of a double-layer capacitor. A 1D model of COMSOL Multiphysics has been developed to analyze the electric field and potential in cell voltage, the electric displacement field and polarization induced by the field, and energy density in a double-layer structure. The electrostatics and the electric circuit modes in COMSOL are used to simulate the electrochemical processes in the double-layer structure. The analytical analysis of a double-layer capacitor with different initial bulk concentrations is investigated by using Poisson-Nernst-Plank equations. From the simulation results, the differential capacitance changes as a function of compact layer thickness and initial bulk concentration. The energy density varies with the differential capacitance and voltage window. The values of energy density are dominated by the interaction of ions in the solution and electrode surface.
We synthesized a new composite of poly sodium 4-styrenesulfonate intercalated graphene oxide for energy storage devices by controlling oxidation time in the synthesis of graphite oxide. Specific capacitance was improved from 20 F/g of the previous composites to 88 F/g of the new composite at the current density of 0.3 A/g. The capacitance retention was 94% after 3000 cycles, indicating that the new composites of high cyclic stability, prominent performance as electric double layer capacitor, and even low resistance could be an excellent carbon based electrode for further energy storage devices.
Wet porous media representing agronomic soil that contains variable water content with variable electrolyte concentration was measured to study the shape of the curves of the electric double layer capacitance versus frequency (from 10 KHz to 10 MHz. This was done in an attempt to find the lowest practical operating frequency for developing low cost dielectric constant soil moisture probes. Cellulose sponge was used as the porous media. A high frequency electronic bridge circuit was developed for measuring the equivalent network parallel resistance and capacitance of porous media. It appears that the effects of the electric double layer component of the total parallel network capacitance essentially disappear at operating frequencies greater than approximately 25 MHz at low electrolyte concentrations but are still important at 50 MHz at higher concentrations. At these frequencies, the double layer capacitance masks the diffusion region capacitance where true water content capacitance values reside. The general shape of the curve of volumetric water content versus porous media dielectric constant is presented, with an empirical equation representing data for this type of curve. It was concluded that the lowest frequency where dielectric constant values which represent true water content information will most likely be found is between 30 and 50 MHz at low electrolyte concentrations but may be above 50 MHz when the total electrolyte concentration is near the upper level required for most mesophyte plant nutrition.
Activated carbon was activated with chemical treatment to attain high surface area with porous structure. We have been considered activated carbon is the ideal material for high voltage electric double layer capacitor due to their high specific surface area, good conductivity and chemical stability. In this study we found that increase in electrochemical capacitance due to activated carbon. Also chemically activated carbon and water treatment have resulted larger capacitance and also exhibits better electrochemical behavior, and is about 15% more than in untreated state. The structural change in activated carbon through chemical treatment activation was investigated by using SEM and XRD. In this study, the dependence of the activation behavior with KOH in the micro structure of host materials will be discussed. Furthermore, the relation to the electric double layer capacitance, especially the specific capacitance per unit area, is also discussed.
전기이중층 커패시터용 활성탄의 정전 용량 향상을 위해 우레아를 이용해 활성탄 표면에 펩티드 결합을 유도하였다. 우레아 도입에 따른 활성탄은 소성과정을 거쳐 안정화되었으며, 전기화학적 특성을 순환전류 전압법을 이용하여 정전 용량을 관찰하고, 임피던스를 통해 저항 변화를 관찰하였으며, 충방전 평가를 통해 싸이클 성능을 관찰하였다. 결과적으로 질소성 작용기의 도입으로 정전 용량은 기존 탄소재에 비해 약 22.9%의 향상을 이루었으며, 저항 감소 및 우수한 싸이클 성능을 나타냄을 확인하였다.
Lee, Eunji;Kwon, Soon Hyung;Choi, Poo Reum;Jung, Ji Chul;Kim, Myung-Soo
Carbon letters
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제16권2호
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pp.78-85
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2015
Activated carbons (ACs) were prepared by activation of coal tar pitch (CTP) in the range of $700^{\circ}C-1000^{\circ}C$ for 1-4 h using potassium hydroxide (KOH) powder as the activation agent. The optimal activation conditions were determined to be a CTP/KOH ratio of 1:4, activation temperature of $900^{\circ}C$, and activation time of 3 h. The obtained ACs showed increased pore size distribution in the range of 1 to 2 nm and the highest specific capacitance of 122 F/g in a two-electrode system with an organic electrolyte, as measured by a charge-discharge method in the voltage range of 0-2.7 V. In order to improve the performance of the electric double-layer capacitor electrode, various mixtures of CTP and petroleum pitch (PP) were activated at the optimal activation conditions previously determined for CTP. Although the specific capacitance of AC electrodes prepared from CTP only and the mixtures of CTP and PP was not significantly different at a current density of 1 A/g, the AC electrodes from CTP and PP mixtures showed outstanding specific capacitance at higher current rates. In particular, CTP-PP61 (6:1 mixture) had the highest specific capacitance of 132 F/g, and the specific capacitance remained above 90% at a high current density of 3 A/g. It was found that the high specific capacitance could be attributed to the increased micro-pore volume of ACs with pore sizes from 1 to 2 nm, and the high power density could be attributed to the increased meso-pore volume.
The composite of polyvinylalcohol(PVA) and lithium salts(LiBF$_4$) is prepared for a solid-state electrolyte of electric double layer capacitor. The composite shows a good ionic conductivity. The solid-state electric double layer capacitor is made of PVA-LiBF$_4$ composite, activated carbon and etc.. As evaluation of characteristics of capacitor, capacitance change which measured by charge-discharge test with 2.2V~0V at 8$0^{\circ}C$ for 800 hours, was about 10%. The gravimetric and volumetric capacitance were 10.0 F/g~30.0 F/g and 16.0F/㎤~F/㎤, respectively.
The power of energy storage devices is characterized by capacitance and the internal resistance. The capacitance is measured on an assumption that the charges are stored at the electrode interface and the electric double layer behaves like an ideal capacitor. However, in most cases, the electric double layer is not ideal so a constant phase element (CPE) is used instead of a capacitor to describe the practical observations. Nevertheless, another problem with the use of the CPE is that CPE does not give capacitance directly. Fortunately, a few methods were suggested to evaluate the effective capacitance in the literature. However, those methods may not be suitable for supercapacitors which are modeled as an equivalent circuit of a CPE and resistor connected in series because the time constant of the equivalent circuit is not clearly studied. In this report, in order to study the time constant of the CPE and find its equivalent capacitor, AC and DC methods are utilized in a complementary manner. As a result, the time constants in the AC and DC domains are compared with digital simulation and a proper equation is presented to calculate the effective capacitance of a supercapacitor, which is extended to an electrochemical system where faradaic and ohmic processes are accompanied by imperfect charge accumulation process.
고비표면적의 활성탄소섬유(ACF: activated carbon fiber)를 분극성 전극으로 이용한 전기이중층 캐패시터(electric double layer capacitor)의 단위 cell test를 통하여, ACF의 비표면적, 세공의 크기 및 전기전도도가 캐패시터의 비축전용량에 커다란 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었고, 전해질은 $H^+$ 이온을 함유한 $H_2SO_4$이 가장 좋은 축전용량을 나타내었으나, 집전체 부식 등의 문제로 인하여, 실용화에 있어서는 우수한 충방전 거동을 나타낸 KOH계 전해질이 적당한 것으로 확인되었다. 분극성 전극으로 사용되는 ACF를 탄화 또는 후활성화 등이 후처리를 통하여 비축전용량을 급격히 증가시킬수 있었고, 3만회까지의 연속 충방전 실험에서 전기이중층 캐패시터는 2차전지에서는 찾아 볼 수 없는 매우 높은 충방전 효율과 긴 사용수명을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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