Hyo-Young Kim;Ji-Woo Park;Seo Jeong Yoon;In-Yup Jeon;Young-Wan Ju
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제14권1호
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pp.31-37
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2023
Owing to the rapid climate change, a high-performance energy storage system (ESS) for efficient energy consumption has been receiving considerable attention. ESS, such as capacitors, usually has issues with the ion diffusion of electrode materials, resulting in a decrease in their capacitance. Notably, appropriate pore diameter and large specific surface area (SSA) may result in an effective ion diffusion. Therefore, graphene and multi-walled carbon nanotube (graphene@MWCNT) hybrid nanomaterials, with covalent bonds between the graphene and MWCNT, were prepared via an edge-chemistry reaction. The properties of these materials, such as high porosity, large SSA, and high electroconductivity, make them suitable to be used as electrode materials for capacitors. The optimal ratio of graphene to MWCNT can affect the electrochemical performance of the electrode material based on its physical and electrochemical properties. The supercapacitor using optimal graphene-based hybrid electrode material exhibited highest specific capacitance value as 158 F/g and excellent cycle stability.
Recently, due to high theoretical capacitance and excellent ion diffusion rate caused by the 2D layered crystal structure, transition metal hydroxides (TMHs) have generated considerable attention as active materials in supercapacitors (or electrochemical capacitors). However, TMHs should be designed using morphological or structural modification if they are to be used as active materials in supercapacitors, because they have insulation properties that induce low charge transfer rate. This study aims to modify the morphological structure for high cycling stability and fast charge storage kinetics of TMHs through the use of nickel cobalt hydroxide [NiCo(OH)2] decorated on nickel foam. Among the samples used, needle-like NiCo(OH)2 decorated on nickel foam offers a high specific capacitance (1110.9 F/g at current density of 0.5 A/g) with good rate capability (1110.9 - 746.7 F/g at current densities of 0.5 - 10.0 A/g). Moreover, at a high current density (10.0 A/g), a remarkable capacitance (713.8 F/g) and capacitance retention of 95.6% after 5000 cycles are noted. These results are attributed to high charge storage sites of needle-like NiCo(OH)2 and uniformly grown NiCo(OH)2 on nickel foam surface.
In this study, polyaniline (PANI)/graphene nanosheet (GNS) composites were synthesized through chemical oxidation polymerization by changing the weight ratio of aniline monomers. To examine the morphological structure of the composites, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy (TEM) were conducted. TEM results revealed that fibril-like PANI with a diameter of 50 nm was homogeneously coated on the surface of the GNS. The electrochemical properties of the composites were studied by cyclic voltammetry in 1 M $H_2SO_4$ electrolyte. Among the prepared samples, the PANI/GNS (having 40 wt% aniline content) showed the highest specific capacitance, 528 $Fg^{-1}$, at 10 $mVs^{-1}$. The improved performance was attributed to the GNS, which provides a large number of active sites and good electrical conductivity. The resulting composites are promising electrode materials for high capacitative supercapacitors.
Park, Min Hong;Yun, Young Soo;Cho, Se Youn;Kim, Na Rae;Jin, Hyoung-Joon
Carbon letters
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제19권
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pp.66-71
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2016
The development of nanostructured functional materials derived from biomass and/or waste is of growing importance for creating sustainable energy-storage systems. In this study, nanoporous carbonaceous materials containing numerous heteroatoms were fabricated from waste coffee grounds using a top-down process via simple heating with KOH. The nanoporous carbon nanosheets exhibited notable material properties such as high specific surface area (1960.1 m2 g−1), numerous redox-active heteroatoms (16.1 at% oxygen, 2.7 at% nitrogen, and 1.6 at% sulfur), and high aspect ratios (>100). These unique properties led to good electrochemical performance as supercapacitor electrodes. A specific capacitance of ~438.5 F g−1 was achieved at a scan rate of 2 mV s−1, and a capacitance of 176 F g−1 was maintained at a fast scan rate of 100 mV s−1. Furthermore, cyclic stability was achieved for over 2000 cycles.
Perera, Kumudu S.;Prasadini, K.W.;Vidanapathirana, Kamal P.
Advances in Energy Research
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제7권1호
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pp.21-34
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2020
Energy storage devices have received a keen interest throughout the world due to high power consumption. A large number of research activities are being conducted on electrochemical double layer capacitors (EDLCs) because of their high power density and higher energy density. In the present study, an EDLC was fabricated using natural graphite based electrodes and ionic liquid (IL) based gel polymer electrolyte (GPE). The IL based GPE was prepared using the IL, 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate (1E3MITF) with the polymer poly(vinyl chloride) (PVC) and the salt magnesium trifluoromethanesulfonate (Mg(CF3SO3)2 - MgTF). GPE was characterized by electrochemical impedance spectroscopy (EIS), DC polarization test, linear sweep voltammetry (LSV) test and cyclic voltammetry (CV) test. The maximum room temperature conductivity of the sample was 1.64 × 10-4 Scm-1. The electrolyte was purely an ionic conductor and the anionic contribution was prominent. Fabricated EDLC was characterized by EIS, CV and galvanostatic charge discharge (GCD) tests. CV test of the EDLC exhibits a single electrode specific capacitance of 1.44 Fg-1 initially and GCD test gives 0.83 Fg-1 as initial single electrode specific discharge capacitance. Moreover, a good stability was observed for prolonged cycling and the device can be used for applications with further modifications.
Birnessite-type manganese dioxide($MnO_2$) was coated uniformly onto carbon nanotubes (CNTs) through a spontaneous direct redox reaction between CNTs and permanganate ions($MnO_4\;^-$). The initial specific capacitance of the $MnO_2/CNT$ nanocomposite in an organic electrolyte at a large current density of 1 A/g was 250 F/g, which is equivalent to 139 mAh/g based on the total weight of the electrode material including the electroactive material, conducting agent and binder. The specific capacitance of the $MnO_2$ in the $MnO_2/CNT$ nanocomposite was as high as 580 F/g (320 mAh/g), indicating excellent electrochemical utilization of the $MnO_2$. The addition of CNTs as a conducting agent can improve the high rate capability of $MnO_2/CNT$ nanocomposite considerably. An analysis of the in-situ X-ray absorption near-edge structure (XANES) showed an improvement in the structural and electrochemical reversibility of the $MnO_2/CNT$ nanocomposite by heat-treatment.
논문에서는 원통형 및 평판형 반응기에 20 kV의 사각파형 펄스전원을 인가하여 대기압 절연막 방전 플라즈마 반응기의 동작특성을 관찰하였다. 전류-전압파형과 하전량-전압곡선을 관찰한 결과 반응기의 정전용량 크기에 따라서 최적의 운전효율을 갖는 최적운전주파수 $f_0$가 $f_0\proptoexp(-C)$의 관계를 갖고 있음을 알았다. 이 관계를 이용하여 반응기에서 소실되는 소모전력을 구하였다. 반응기의 소모전력은 반응기의 구조와 전극의 유전물질의 종류 등의 함수인 반응기 정전용량 값에 따라서 변화하였으며 반응기의 특정한 정전용량 값에서 최대값을 가졌다. 이 정전용량 값을 이용하여 최적효율을 갖는 DBD 반응기를 설계할 수 있을 것으로 사료된다.
Spinel-$Li_4Ti_5O_{12}$ was successfully synthesized by a solid-phase method at 800, 850, and $900^{\circ}C$ according to the $Li_4Ti_5O_{12}$ cubic spinel phase structure. To achieve higher EDLC energy density with the $Li_4Ti_5O_{12}$, the negative electrode of the hybrid supercapacitor was studied in this work. The electrochemical performances of the hybrid supercapacitor and EDLC were characterized by constant current discharge curves, c-rate, and cycle performance testing. The capacitance (1st cycle) of the hybrid supercapacitor and EDLC was 209 and 109 F, respectively, which is higher than EDLC. The capacitance of the hybrid supercapacitor decreases from 209 F to 101 F after 20 cycles when discharged at several specific current densities ranging from 1 to 10 A. In contrast, capacitance of the EDLC hardly decreases after 20 cycles. Results show that hybrid supercapacitor benefits from the high rate capability of supercapacitor and high capacity of the battery. Findings also prove that the hybrid supercapacitor is an energy storage device where the supercapacitor and the Li ion secondary battery coexist in one cell system.
Metal oxides with high dielectric constants have the potential to expend scaling of transistor gate capacitance beyond that of ultrathin silicon dioxide. However, during deposition of most metal oxides on silicon, an interfacial region of SiOx is formed and limits the specific capacitance of the gate structure. We deposisted aluminum oxide and examined the composition of the interfacial layer by employing high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy and X-ray reflectivity. We find that the interfacial region is not pure SiO$_2$, but is composed of a complex depth-dependent ternary oxide of $AlSi_xO_y$ and the pure SiO$_2$.
Wood-based nanocomposite electrode materials were synthesized for application in supercapacitors by mixing nanostructured hematite (Fe2O3) with highly porous activated carbon (AC) produced from the wood-waste of Pinus roxburghii. The AC was characterized using various instrumental techniques and the results showed admirable electrochemical properties, such as high surface area and reasonable porosity. Firstly, AC was tested as an electrode material for supercapacitors and it showed a specific capacitance of 59.02 Fg-1 at a current density of 1 Ag-1, cycle life of 84.2% after 1,000 cycles (at a current density of 3 Ag-1), and energy density of 5.1 Wh/kg at a power density of 135 Wkg-1. However, when the AC was composited with different ratios of Fe2O3 (1:1, 2:1, and 1:2), there was an overall improvement in its electrochemical performance. Among the 3 ratios, 2:1 (AC:Fe2O3) had the best specific capacitance of 102.42 Fg-1 at 1 Ag-1, cycle life of 94.4% capacitance after 1,000 cycles (at a current density of 3 Ag-1), and energy density of 8.34 Wh/kg at a power density of 395.15 Wkg-1 in 6 M KOH electrolyte in a 3-electrode experimental setup with a high working voltage of 1.55 V. Furthermore, when Fe2O3 was doubled, 1:2 (AC:Fe2O3), the electrochemical capacitive performance of the electrode twisted and deteriorated due to either the accumulation of Fe2O3 particles within the composite or higher bulk resistance value of pure Fe2O3.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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