The electrochemical performances of an asymmetric hybrid capacitor were investigated using $LiFePO_4$ as the positive electrode and active carbon fibers(ACF) as the negative electrode. The electrochemical behaviors of a nonaqueous hybrid capacitor were characterized by constant current charge/discharge test. The specific capacitance using $LiFePO_4$/ACF electrode turned out to be $0.87F/cm^2$ and the unit cell showed excellent cycling performance. This hybrid capacitor was able to deliver a specific energy as high as 178 Wh/kg at a specific power of 1,068 W/kg.
Fibrous supercapacitors (FSs), owing to their high power density, good safety characteristic, and high flexibility, have recently been in the spotlight as energy storage devices for wearable electronics. However, despite these advantages, FCs face many challenges related to their active material of carbon fiber (CF). CF has low surface area and poor wettability between electrode and electrolyte, which result in low capacitance and poor long-term stability at high current densities. To overcome these limits, fibrous supercapacitors made using surface-activated CF (FS-SACF) are here suggested; these materials have improved specific surface area and better wettability, obtained by introducing porous structure and oxygen-containing functional groups on the CF surface, respectively, through surface engineering. The FS-SACF shows an improved ion diffusion coefficient and better electrochemical performance, including high specific capacity of 223.6 mF cm-2 at current density of 10 ㎂ cm-2, high-rate performance of 171.2 mF cm-2 at current density of 50.0 ㎂ cm-2, and remarkable, ultrafast cycling stability (96.2 % after 1,000 cycles at current density of 250.0 ㎂ cm-2). The excellent electrochemical performance is definitely due to the effects of surface functionalization on CF, leading to improved specific surface area and superior ion diffusion capability.
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.
A hybrid supercapacitor is a promising energy storage device in view of its excellent capacitive performance. Commercial three-dimensional foam nickel (Ni) can be used as an ideal framework due to an interconnected network structure. However, its application as an electrode material for supercapacitors is limited due to its low specific capacity. Herein, we report a successful growth of MnO2 on the surface of graphene by a one-step hydrothermal method; thus, forming a three-dimensional MnO2-graphene-Ni hybrid foam. Our results show that the mixed structure of MnO2 with nanoflowers and nanorods grown on the graphene/Ni foam as a hybrid electrode delivers the maximum specific capacitance of 193 F·g-1 at a current density 0.1 A·g-1. More importantly, the hybrid electrode retains 104% of its initial capacitance after 1,000 charge-discharge cycles at 1 A·g-1; thus, showing the potential application as a stable supercapacitor electrode.
그래핀의 저차원 구조에서 기인하는 우수한 전기적/기계적 특성을 지닌 3차원 그래핀 나노 구조체는 높은 다공성과 비표면적을 가지고 있기 때문에 전기화학 에너지 저장 전극 물질로 각광을 받고 있다. 또한 도파민은 카테콜아민 구조를 갖고 있어 다양한 유무기 재료와의 결합력이 뛰어나고, 소수성 재료를 친수성으로 개질시킬 수 있는 다기능 소재이다. 이에 본 연구에서는 도파민을 3차원 그래핀 나노 구조체에 코팅하여, 전해질과의 젖음성을 증대시켜 전기화학 전극의 비축전용량을 개선하고, 3차원 나노 네트워크 간 결합력을 올려 기계적 압축 특성을 증가시키고자 하였다. 연구 결과, 도파민이 코팅된 3차원 그래핀 나노 구조체는 전기화학 비축전용량이 51.5%, 압축 응력은 59.6%로 증가하는 높은 개선 효과를 나타내었다.
Activated carbon (AC) with very large surface area has high capacitance per weight. However, such activation methods tend to suffer from low yields, below 50%, and are low in electrode density and capacitance per volume. Carbon NanoFibers (CNFs) had high surface area polarizability, high electrical conductivity and chemical stability, as well as extremely high mechanical strength and modulus, which make them an important material for electrochemical capacitors. The electrochemical properties of immobilized CNF electrodes were studied for use as in electrical double layer capacitor (EDLC) applications. Immobilized CNFs on Ni foam grown by thermal chemical vapor deposition (CVD) were successfully fabricated. CNFs had a uniform diameter range from 50 to 60 nm. Surface area was 56 m$^2$/g. CNF electrodes were compared with AC and multi wall carbon nanotube (MWNT) electrodes. The electrochemical performance of the various electrodes was examined with aqueous electrolyte of 2M KOH. Equivalent series resistance (ESR) of the CNF electrodes was lower than that of AC and MWNT electrodes. The specific capacitance of 47.5 F/g of the CNF electrodes was achieved with discharge current density of 1 mA/cm$^2$.
Kim, Kwang Man;Lee, Young-Gi;Park, Jeong Ho;Ko, Jang Myoun
ETRI Journal
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제38권2호
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pp.252-259
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2016
Di(1-aminopyrene)quinone (DAQ) as a quinone-containing conducting additive is synthesized from a solution reaction of 1-aminopyrene and hydroquinone. To utilize the conductive property of DAQ and its compatibility with activated carbon, a composite electrode for a supercapacitor is also prepared by blending activated carbon and DAQ (3:1 w/w), and its supercapacitive properties are characterized based on the cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge. As a result, the composite electrode adopting DAQ exhibits superior electrochemical properties, such as a higher specific capacitance of up to $160F{\cdot}g^{-1}$ at $100mV{\cdot}s^{-1}$, an excellent high-rate capability of up to $1,000mV{\cdot}s^{-1}$, and a higher cycling stability with a capacitance retention ratio of 82% for the 1,000th cycle.
In this work, activated carbon nanofiber (ACNF) electrodes with high double-layer capacitance and good rate capability were prepared from polyacrylonitrile nanofibers by optimizing the carbonization temperature prior to $H_2O$ activation. The morphology of the ACNFs was observed by scanning electron microscopy. The elemental composition was determined by analysis of X-ray photoelectron spectroscopy. $N_2$-adsorption-isotherm characteristics at 77 K were confirmed by Brunauer-Emmett-Teller and Dubinin-Radushkevich equations. ACNFs processed at different carbonization temperatures were applied as electrodes for electrical double-layer capacitors. The experimental results showed that the surface morphology of the CNFs was not significantly changed after the carbonization process, although their diameters gradually decreased with increasing carbonization temperature. It was found that the carbon content in the CNFs could easily be tailored by controlling the carbonization temperature. The specific capacitance of the prepared ACNFs was enhanced by increasing the carbonization temperature.
The voltage holding ratio(VHR) and the residual DC property in the in-plane switching (IPS) cells on a polyimide surface was studied. Several IPS cells which have different concentrations of cyano liquid crystals (LCs) were fabricated. We found that the VHR of the IPS cell was decreased with increasing concentration of cyano LCs. Also, the VHR of the IPS cell was increased with increasing specific resistivity of fluorine LCs. The residual DC voltage of the IPS cell by capacitance-voltage (C-V) hysteresis method was decreased with increasing concentration of cyano LCs. The residual DC property of the IPS cell on the rubbed PI surface can be improved by high polarity of cyano LC.
$LiMn_2O_4$와 활성탄을 양극의 활물질로 사용하여 비수계 슈퍼커패시터를 제조하고 $LiMn_2O_4$의 함량에 따른 특성을 분석하였다. Cyclic voltammetry, AC impedance 분석 등을 통하여, 활성탄의 전기 이중층으로 인한 capacitive 효과에 $Li^+$ 이온의 intercalation/deintercalation에 의한 faradaic 효과가 더해진 pseudocapacitance의 발현을 확인할 수 있었으며, $LiMn_2O_4$의 함량이 증가할수록 비정전용량 및 에너지 밀도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. $LiMn_2O_4:C$의 비율이 0.86:0.14인 복합 양극을 사용하여, 순수 활성탄 양극 대비 2배 이상인 23.83 F/cc의 비정전용량과 17.51 Wh/L의 에너지밀도를 얻을 수 있었다. 또한, 1,000회 충방전 후에도 60% 이상 향상된 비정전용량과 에너지 밀도를 얻을 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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