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.
The $Li_4Ti_5O_{12}$/AC composite was prepared by sol-gel process with ultrasonication. The prepared composite was characterized by SEM, XRD and TG analysis, and their electrochemical behaviors were investigated by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and charge-discharge test in 1M $LiBF_4$/PC electrolyte. From the results, the $Li_4Ti_5O_{12}$ particles coated on AC surface had an average particle size of 100 nm and showed spinel-framework structure. When the potential range of the $Li_4Ti_5O_{12}$/AC composite was extended from 0.1 to 2.5 V, redox peaks and electric double layer property were revealed. The initial discharge capacity of $Li_4Ti_5O_{12}$/AC composite was 218 mAh $g^{-1}$ at 1 C. The enhancement of discharge capacity was attributed to electric double layer of added activated carbon.
In this study, we have prepared, as the pluse power source, a commercially supplied Li-ion battery with a capacity of 700 mAh and AC resistivity of 60 md at 1 kHz 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 hybrid capacitor/Li-ion battery source. The nonaqueous asymmetric hybrid capacitors constituted with each stack number of pairs composed of the cathode, the porous separator and the anode electrode were housed in Al-laminated film cell. The 10 stacked hybrid capacitor, which was charged and discharged at a constant current at 0.25 $mA/cm^2$ between 3 and 4.3 V, has exhibited the capacitance of 108F and the lowest equivalent series resistance was 32 $m{\Omega}$ at 1 kHz. On the other hand, the enhanced run time of Li-ion battery assisted by the hybrid capacitor was obtained with increasing of current density and pulse width in Pulse mode. The best improvement, $84\;\%$ for hybrid capacitor/Li-ion battery was obtained in the condition of a 7C-rate pulse (100 msec)/0.5C-rate standby/$10\;\%$ duty cycle.
비정질 $MnO_2\;nH_2O$ 전극재료를 사용한 pseudo-capacitor를 설계 제작하여 특성을 평가하였다. 100mV/s의 cyclic voltammogram으로부터 측정한 결과, 이 전극재료의 안정한 potential window는 1V이고 비용량은 250F/g이었다. TDMA(Time Division Multiplex Algorithm) pulse 시험에서 TDMA 시스템 (2 parallel-pseudo-capacitor systems) 은 0.22V의 ohmic voltage drop과 0.38V의 capacitor voltage drop을 보여주었다. 이 TDMA system의 total voltage drop이 0.60V이므로 TDMA 위성통신 휴대전화의 요건인 1V maximum voltage drop을 충족하였다. 또한, 이 system의 ESR과 비용량은 각각 $55m{\Omega}$과 105mF이었다. 따라서 이 TDMA system이 위성통신 휴대전화를 위한 load-leveling 캐패시터로 응용 가능함을 확인하였다.
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.
본 연구에서는 낮은 사이클 안정성을 갖는 MCMB의 단점을 향상시키기 위하여 높은 사이클 안정성과 부피팽창이 없는 장점을 갖는 물질인 $Li_4Ti_5O_{12}$를 코팅하여 core-shell 구조의 $MCMB/Li_4Ti_5O_{12}$를 합성하고 $MCMB/Li_4Ti_5O_{12}$를 음극으로, $LiMn_2O_4$, Active carbon fiber를 양극으로 사용하여 단위 셀을 제조하였다. $LiPF_6$ 염과 EC/DMC/EMC 용매를 전해질로 사용하여 제조한 하이브리드 커패시터 단위 셀로 충방전, 사이클, 순환전압전류, 임피던스 테스트를 진행하여 전기화학적 특성을 평가한 결과, MCMB-$Li_4Ti_5O_{12}/LiMn_2O_4$ 전극을 사용한 하이브리드 커패시터가 MCMB 전극의 하이브리드 커패시터 보다 좋은 충/방전 성능을 보였고, 67 Wh/kg, 781 W/kg의 에너지밀도와 출력밀도를 나타내었다.
To examine the effects of a two-cation ionic liquid as an electrolyte component of a supercapacitor, 1,4-bis(3-methylimidazolium-1-yl)butane tetrafluoroborate ($MIBBF_4$), dissolved in propylene carbonate (PC) or acetonitrile (ACN), is newly synthesized and tested here for potential use as an electrolyte of capacitor. The $MIBBF_4$ salt exhibits higher ionic conductivity in ACN than in PC. The supercapacitive properties of capacitors containing an activated carbon electrode and various electrolytes are evaluated using cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The capacitor adopting the $MIBBF_4$/ACN electrolyte shows the largest specific capacitance at low scan rates, whereas the capacitor adopting the 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate $(EMIBF_4)$/ACN electrolyte shows the largest specific capacitance at high scan rates.
Digitalization in electronic system is required the capacitor which have a large capacitance with small size, low impedance at high frequency, and high reliability. The fabrication and its properties of aluminum solid electrolytic capacitor are investigated. Employing conduction polymer film such as, polypyrrole as solid electroylte, solid type aluminum electrolytic capacitors were made. The surface of insulationg oxide is covered with conducting polymer layer prepared by chemical oxidative polymerization. Thereafter this conducting layer is covered with conducting polymer prepared by electrochemical polymerization. The dielectric properties of these capacitors were also measured and discussed. Regarding on frequency characteristics of the trial made capacitor, impedance and ESR at high frequency is lower than those of the stacked type film capacitor. It is alo confirmed that temperature coefficient of capacitance and dissipation factor of the capacitor are lower than those of film capacitor and liquid type aluminum electrolytic capacitor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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