기존의 EDLC용 활성탄소 대신 리튬이차전지용 탄소류 음전극(천연흑연, 인조흑연, 하드카본, MCMB)을 이용해 리튬이온 커패시터를 구성하면 리튬의 층간 삽입반응으로 인해 기존의 물질보다 에너지 밀도가 큰 전극소재를 개발할 수 있을 것이다. 이 실험에서는 기존 리튬이차전지 음극용 탄소 물질을 대칭 전극으로 사용하여 코인형 커패시터를 제조하여 성능을 측정하였다. 또한 리튬을 미리 삽입시킨 탄소류 전극을 이용한 커패시터를 제조한 후 성능을 측정한 결과, 축전현상이 일어나는 것을 알 수 있었다. 즉 전해액에서 전하분리에 의한 리튬이온의 이동을 보충할 수 있다면 기존의 리튬이온은 탄소류 전극의 층간으로 확산되어 들어가 기존의 대칭성 탄소류 전극의 경우에 비해 축전 용량이 증가한다. 또한 표면적이 매우 큰 graphene oxide를 사용하여 위와 같이 실험한 결과 용량이 크게 나왔으며 이로부터 슈퍼커패시터 전극용 물질에는 높은 비표면적이 중요한 요소로 작용한다는 것을 알 수 있었다.
Electrochemical capacitors are becoming attractive energy storage systems particularly for applications involving high power requirements such as hybrid systems consisting of batteries and electrochemical capacitors for electric vehicle propulsion. A new type electric double layer capacitor (EDLC) was constructed by using carbon nanofibers (CNFs) and DAAQ(1,5-diaminoanthraquinone) electrode. Carbonaceous materials are found in variety forms such as graphite, diamond, carbon fibers etc. While all the carbon nanofibers include impurities such as amorphous carbon, nanoparticles, catalytic metals and incompletely grown carbons. We have eliminated of Ni particles and some carbonaceous particles in nitric acid. Nitric acid treated CNFs could be covered with very thin DAAQ oligomer from the results of CV and TG analyses and SEM images. DAAQ oligomer film exhibited a specific capacity as 45-50 Ah/kg in 4M $H_2SO_4$. We established Process Parameters of the technique for the formation of nano-structured materials. Furthermore, improved the capacitive properties of the nano structured CNFs electrodes using controlled solution chemistry. As a result, CNFs coated by DAAQ composite electrode showed relatively good electrochemical behaviors in acidic electrolyte system with respect to specific capacity and scan rate dependency.
For the first time, a totally solid state electric double layer capacitor has been fabricated using an alkaline polymer electrolyte and an activated carbon powder as electrode material. The polymer electrolyte serves both as separator as well as electrode binder. The capacitor has a three-layer structure; electrode-electrolyte-electrode. A cyclic voltammetry and constant current discharge have been used for the determination of the electro chemical performance of capacitors.
Supercapacitors, also known as electrochemical capacitors, are being extensively studied due to an increasing demand for energy-storage systems. These devices offer many advantages over conventional secondary batteries, which include the ability of fast charge propagation, long cycle-life and better storage efficiency. That is to say supercapacitor bridges the gap between conventional capacitors and batteries. A new type electric double layer capacitor (EDLC) also called supercapacitors. Recently, supercapacitors concerns about their high power density and energy density. So we experiment with EDLC by using carbon nanofibers (CNFs) and DAAQ(1,5-diaminoanthraquinone) electrode. The electrode for supercapacitor was prepared by synthesis of DAAQ covered CNFs. CNFs could be covered with very thin DAAQ oligomer from the results of CV, XRD, DSC, SEM images, and TEM images. Dissolved electrode active material in NMP solution has been drop-coated on carbon plate. Its electrochemical characteristics were investigated by cyclic voltammograms. And compared with different electrolyte of aqueous type. As a result, CNFs coated by DAAQ composite electrode showed relatively good electrochemical behaviors with respect to specific capacity and scan rate dependency.
본 연구에서는 Urea와 산 처리로 질소 및 산소 관능기가 도입된 다중벽 탄소나노튜브를 각각 제조하였으며, 표면처리에 따른 전기이중층 커패시터 (EDLCs) 특성을 관찰하였다. XPS, zeta-potential, 및 BET 분석방법을 이용하여 구조특성을 확인하였으며, 전기화학적 특성은 1 M 황산용액의 전해질에서 각각 50 $mVs^{-1}$과 100 $mVs^{-1}$의 주사속도로 순환전류 전압곡선 특성 실험을 통해 고찰하였다. 실험 결과로부터 MWNTs의 질소 원소구성비가 늘어날수록 축전용량이 증가하는 것을 확인하였으며, Urea 처리된 MWNTs의 축전용량이 가장 높은 수치를 나타내었다. 이는 전극 표면과 전하 활성종 간의 젖음성이 증가하고, 표면 관능기의 밀도가 증가하기 때문인 것으로 사료된다.
높은 비표면적을 갖는 carbon과 유기용매 전해질 사이의 계면에서 생기는 전기이중층용량을 기본으로 작동하는 전기이중층 캐패시터는 IC memories, microcomputer 등으로 폭 넓게 사용되며 maintenance-free의 영구적인 back-up용 전원으로 넓게 사용되고 있다 EDLC에 사용되는 전해질은 이온 전도도가 높아야 하고 사용되는 온도 범위가 넓어야 한다. 그리고 고전압을 인가했을 때 전해질이 전기화학적으로 안정해야 한다. 본 실험에서는 고전압에서 안정적인 액상 유기계 전해질을 사용하여 전기이중층캐패시터의 전기화학적 특성을 확인하였다. Paste rolling법으로 제조된 탄소전극과 $1M-LiPF_6$ in PC-GBL-DEC (volume ratio 1:1:2)의 유기용매전해질을 사용한 전기이중층캐패시터가 64F/g의 우수한 비축전용량을 발현하였다
상온 이온성액체에 PC (Propylene carbonate)를 첨가하여 이온성액체(EMI-BF4)가 갖고있는 점도를 감소하고자 하였으며 EDLC에 적용하여 전기화학적 거동을 고찰하였다. 이온성액체는 충분한 이온을 가지고 있기 때문에 이온이 없는 PC를 첨가 하여도 용량구현에는 문제가 되지 않는다. 점도가 낮아짐에 따라 전해액 저항이 감소하였다. 또한 EDLC 적용시 대전류 방전용량을 확인한 결과 이온성액체에서는 $80\;mA/cm^2$의 전류밀도에서 73.1%의 용량을 유지하였지만 PC의 함량이 40 vol%인 경우 최고 81.9%까지 증가되었다.
Carbon-based electric double-layer capacitors are being evaluated as potential energy-storage devices in an expanding number of applications. In this study, samples of carbon black (CB) treated at different temperatures ranging from $650^{\circ}C$ to $1100^{\circ}C$ were used as electrodes to improve the efficiency of a capacitor. The surface properties of the heat-treated CB samples were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy and X-ray diffraction. The effect of the heat-treatment temperature on the electrochemical behaviors was investigated by cyclic voltammetry and in galvanostatic charge-discharge experiments. The experimental results showed that the crystallinity of the CBs increased as the heat-treatment temperature increased. In addition, the specific capacitance of the CBs was found to increase with the increase in the heat-treatment temperature. The maximum specific capacitance was 165 $F{\cdot}g-1$ for the CB sample treated at $1000^{\circ}C$.
Recently, much interest on mesoporous carbon has been shown in their use for both hydrogen and methane storage and as an electrode material for electric double layer capacitors. The mesoporous active carbons by ion exchange were prepared and physical properties such as specific surface area and pore structure of active carbon were investigated using BET. In this study, active carbons with mesopore fraction of $60{\sim}90%$ were obtained. The Fe/Ca-exchanged active carbons showed a greater mesoporosity compared with Fe-exchanged carbons. The mean mesopore size in active carbons using Ca- and Fe-exchange was about $5.5{\sim}6.0nm$ and was approximately 1nm higher than that of the Fe-exchanged active carbon.
The electric double-layer capacitors (EDLCs) are consisted of electrodes, electrolyte and separator. Among of them, electrode materials are generally used carbon materials. In this study, we experimented for the purpose of fabrication of carbon spheres from various carbohydrates as electrode material. Carbon spheres were prepared by hydrothermal synthesis process. Carbon spheres' morphology had been examined using scanning electron microscopy (SEM) and specific surface area had been examined using BET analysis. To confirm the possibilities of carbon spheres as EDLC's electrode materials, we conducted electrochemical tests such as cyclic voltammetry (CV), impedance and cycle ability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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