A self-charging supercapacitor is constructed through simple integration of the energy storage and photo exited materials at the photo electrode. The large band gap of $NiO/Fe_3O_4$ heterostructure generates photo electron at the photo electrode and store the charges through redox mechanism at the counter electrode. Sulfanilic acid azocromotrop/reduced graphene oxide layer at the photo electrode trapped the photo generated hole and store the charge by forming double layer. The solar supercapacitor device is charged within 400 s up to 0.5 V and exhibited a high specific capacitance of ~908 F/g against 1.5 A/g load. The solar illuminated supercapacitor shows a high energy and power density of 33.4 Wh/kg and 385 W/kg along with a very low relaxation time of ~15 ms ensuring the utility of the self charging device in the various field of energy storage and optoelectronic application.
In general, the battery and the(electric) condenser are pictured as electrical energy storage devices. Although there were lots of inventions and utilizations of morden conveniences according to enormous growth of the science and technologies after the Industrial Revolution, a speed of technology development on these devices being closely used in civilized human lives and many electric or electronic systems as a core component are relatively slower to the other fields of technologies. Nevertheless, based on a remarkable progress of the material science and technologies for the last ten years, a new type of electrical energy storage device so called as 'electrochemical capacitors' are being developed and used practically. The electrochemical capacitors exhibit their own characteristics of much enhanced capacitance over the conventional condensers and also distinctively exhibit a longer lift time and higher power capability that the nickel hydrogen batteries and secondary batteries such as lithium ion and polymer batteries does not show up so for. Hence, in this paper, it is intended to introduce a fundamental understanding and updated technology trends on the electrochemical capacitors.
Lee, Seokhee;Cha, Hyunjin;Lee, Sangwoon;Kim, Juna;Park, Jeonghwan;Hwang, Donghyun;Son, Young Guk
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.55
no.1
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pp.32-37
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2022
In a carbon-zero social atmospher, research is underway to reduce the use of fossil fuels. Interest in cleaner energy sources and their storage system is growing, and among them, research on effective energy storage is being actively conducted. Energy storage system(ESS) can be divided into secondary batteries, fuel cells, and capacitors, and the superiority of energy density of secondary batteries has a dominent influence on the ESS market. However, as problems with secondary batteries, charge/discharge speed, safety, and deterioration of electrodes are being highlighted. In this study, an electrode for supercapacitor with superior charge/discharge speed and specific capacitance is manufactured. The manufactured spinel nickel cobalt electrodes had specific capacitances of 1018.8 F/g, 690.8 F/g, and 475.1 F/g at 1 A/g in 1 M KOH electrolyte, and shows a performance retention rate of 77.48%, 63.30%, and 58.16% after 2000cycles at 7 A/g.
Transition metal oxide-based materials have mainly been studied as electrodes for energy storage devices designed to meet essential energy demands. Among transition metal oxide-based materials, hydrated vanadium pentoxide (V2O5·nH2O), a vanadium oxide material, has demonstrated great electrochemical performance in the electrodes of energy storage devices. Graphene oxide (GO), a carbon-based material with high surface area and high electrical conductivity, has been added to V2O5·nH2O to compensate for its low electrical conductivity and structural instability. Here, V2O5·nH2O/GO nanobelts are manufactured with water without adding acid to ensure that the GO is uniformly dispersed, using a microwave-assisted hydrothermal synthesis. The resulting V2O5·nH2O/GO nanobelts exhibited a high specific capacitance of 206 F/g and more stable cycling performance than V2O5·nH2O without GO. The drying conditions of the carbon paper electrodes also resulted in more stable cycling performance when conducted at high vacuum and high temperature, compared with low vacuum and room temperature conditions. The improvement in electrochemical performance due to the addition of GO and the drying conditions of carbon paper electrodes indicate their great potential value as electrodes in energy storage devices.
Jo, Un;Kim, Yong-Il;Yoon, Jae-Kook;Yoo, Jung-Joon;Yoon, Ha-Na;Kim, Sung-Soo;Kim, Jong-Huy
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.16
no.3
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pp.129-137
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2013
From the cooked-rice as a raw material, activated carbons throughout a hydrothermal synthesis and vacuum soak of KOH for chemical activation were obtained. Activated carbon electrodes for electric double layer supercapacitors were prepared and electrochemical characteristics were examined. Including the specific surface area by BET method and pore size distribution by NLDFT method, physical properties of activated carbons were investigated by means of SEM, EDS, XRD, and TG analyses. Cycle voltammetry and AC-impedance measurements were conducted to confirm the electrochemical characteristics for the electrodes. From hydrothermal synthesis, $5{\sim}7{\mu}m$ diameters of spherical carbons were obtained. After the activation at $800^{\circ}C$, it was notable for the activated carbon to be the specific surface $1631.8cm^2/g$, pore size distribution in 0.9~2.1 nm, and micro-pore volume $0.6154cm^3/g$. As electrochemical characteristics of the activated carbon electrode in 6M KOH electrolyte, it was confirmed that the specific capacitances of 236, 194, and 137 F/g at the scan rate of 5, 100, and 500 mV/s respectively were exhibited and 91.2% of initial capacitance after 100,000 cycles at 200 mV/s was maintained.
A graphene electrode with a novel in-plane structure is proposed and successfully adopted for use in supercapacitor applications. The in-plane structure allows electrolyte ions to interact with all the graphene layers in the electrode, thereby maximizing the utilization of the electrochemical surface area. This novel structure contrasts with the conventional out-of-plane stacked structure of such supercapacitors. We herein compare the volumetric capacitances of in-plane- and out-of-plane-structured devices with reduced multi-layer graphene oxide films as electrodes. The in-plane-structured device exhibits a capacitance 2.5 times higher (i.e., $327F\;cm^{-3}$) than that of the out-of-plane-structured device, in addition to an energy density of $11.4mWh\;cm^{-3}$, which is higher than that of lithium-ion thin-film batteries and is the highest among in-plane-structured ultra-small graphene-based supercapacitors reported to date. Therefore, this study demonstrates the potential of in-plane-structured supercapacitors with high volumetric performances as ultra-small energy storage devices.
Lee, Guk Hwan;Luan, Van Hoang;Han, Jong Hun;Kang, Hyun Wook;Lee, Wonoh
Composites Research
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v.32
no.6
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pp.388-394
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2019
Inherited the excellent electrical and mechanical properties based on the low dimensional structure of graphene, three-dimensional graphene nanostructures have gathered great attention as electrochemical energy storage electrodes owing to their high porosity and large specific surface area. Also, having the catecholamine structure, dopamine has been regarded as a multifunctional material to possess high affinity to various organic/inorganic materials and to modify a hydrophobic surface to a hydrophilic one. In this work, through coating dopamine on the three-dimensional graphene nanostructure, we tried to increase the specific capacitance by enhancing the wettability with electrolyte and to improve the mechanical compressive property by strengthening the nano-architecture. As a result, the dopamine-coated nanostructure exhibited significant improvement on the specific capacitance (51.5% increase) and compressive stress (59.6% increase).
Birnessite-type manganese dioxide (δ-MnO2) with hierarchical micro-/mesoporosity was synthesized via sacrificial graphene template approach under mild hydrothermal conditions for the first time. Graphene template was obtained by a surfactant (cetyltrimethylammonium bromide, CTAB) assisted liquid phase exfoliation (LPE) in water. A thin PEDOT:PSS (poly (3,4-ethylene dioxythiophene): poly (styrene sulfonate)) layer was applied to improve electrical conductivity and rate capability of MnO2. The MnO2 (535 F g-1 at 1 A g-1 and 45 F g-1 at 10 A g-1) and MnO2/PEDOT:PSS nanocomposite (550 F g-1 at 1 A g-1 and 141 F g-1 at 10 A g-1) delivered electrochemical performances superior to their previously reported counterparts. An asymmetric supercapacitor, composed of MnO2/PEDOT:PSS (positive) and Fe3O4/Carbon (negative) electrodes, provided a maximum specific energy of 18 Wh kg-1 and a maximum specific power of 4.5 kW kg-1 (ΔV= 2 V, 1M Na2SO4) with 85% capacitance retention after 1000 cycles. The graphene-templated MnO2/PEDOT:PSS nanocomposite obtained by a simple and green approach promises for future energy storage applications with its remarkable capacitance, rate performance and cycling stability
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.37
no.5
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pp.1200-1207
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2020
We have fabricated the supercapacitor composed of porous activated carbon, metal-organic framework (MOF) with polymer based solid state electrolyte as a "ion gel" and characterized its electrochemical behaviour as a function of the MOF contents. The electrochemical properties of the supercapacitor were analyzed via cyclic voltammetry(CV), electrochemical impedance spectroscopy(EIS) and galvanostatic charge/discharge test. As a results, the supercapacitor based on porous activated carbon/MOF composite showed the highest capacitance value at 0.5 wt% of MOF contents and decreased capacitance with increase MOF contents over the 0.5 wt%. Consequently, the porous activated carbon/MOF composite based supercapacitor is applicable to various aspect for energy storage device.
In recent years, supercapacitors have been developed rapidly as a rechargeable energy storage device. And the performance of supercapacitors is depending on electrode materials, the preparation method and performance of electrode materials have become the primary goal of scientific development. This study synthesizes Co3O4@MnO2@PPy cathode material with porous pattern core-shell structure by hydrothermal method and electrodeposition. The result samples are characterized by X-ray diffraction transmission/scanning electron microscope, and X-ray photoelectron spectroscopy. Electrochemical evaluation reveals that electrochemical performance is significantly enhanced by PPy depositing. The specific capacitance of Co3O4@MnO2@PPy is 977 F g-1 at 1 A g-1, the capacitance retention rate of 105%. Furthermore, the electrochemical performance of Co3O4@MnO2@PPy//AC asymmetric supercapacitor assembles with AC as the negative electrode material is significantly better than that of MnO2//AC and Co3O4@MnO2//AC. The capacity of Co3O4@MnO2@PPy//AC is 102.78 F g-1. The capacity retention rate is still 120% for 5000 charge-discharge cycles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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