Electrodes were fabricated based on activated carbon powder BP-20, conducting agent such as Super P, vapor grown carbon fiber (VGCF) and acetylene black (AB), and the mixed binders of flexible poly(vinylidenefluoridehexafluoropropylene) [P(VdF-co-HFP)] and cross linking dispersion agent of polyvinylpyrrolidone (PVP) to increase mechanical strength. According to impedance measurement of the electrode with the addition of conducting agent, we found that it was possible to charge rapidly by the fast steady-state current convergence due to low equivalent series resistance (AC-ESR, fast charge transfer rate at interface between electrode and electrolyte and low RC time constant. The self-discharge of unit cell showed that diffusion process was controlled by the ion concentration difference of initial electrolyte due to the characteristics of Electric Double Layer Capacitor (EDLC) charged by ion adsorption in the beginning, but this by current leakage through the double-layer at the electrode/electrolyte interface had a minor effect and voltages of curves were remained constant regardless of electrode material. We found that the 2.3V/230F grade EDLC would be applied to industrial safety usage such as uninterrupted power supply (UPS) because of the constant DC-ESR by IR drop regardless of discharge current.
This work describes the effect of the number of roll pressing and the composition of carbon black on the electric and mechanical properties of carbon-PTFE electrode, in which composition is MSP 20 : carbon black: PTFE = 95-x : x : 5 wt.%. It was found that the best electric and mechanical properties were obtained in sheet electrode roll-pressed for about 15 times and in sheet electrode, in which composition is MSP 20 : carbon black: PTFE = 80 : 15 : 5 wt.%. These behaviors could be explained by the network structure of PTFE fibrils and conducting paths linked with carbon blacks, respectively. On the other hand, cell capacitor using the sheet electrode with 15 wt.% of carbon black attached on aluminum current collector with the electric conductive adhesive, in composition is carbon black : CMC = 70 : 30 wt.%, has exhibited the best rate capability in the current range of $0.5mA/cm^2$$100mA/cm^2$ and the lowest equivalent series resistance.
유기용액계 전해질을 갖는 전기이중층캐패서터의 성능향상을 위해 마이크로파 처리를 통하여 활성탄소를 개질하고 이에 따른 전기화학적 특성의 변화를 조사하였다. 대상 시료로 petroleum cokes와 pitch cokes를 사용하여 NaOH 활성화에 의해 제조한 활성탄과 시판용 활성탄 BP-25를 사용하였다. 세 종류의 활성탄 모두 마이크로파 처리를 통해 산소를 포함하는 친수성관능기들이 표면으로부터 제거되었으며, 처리 시간이 증가함에 따라 비표면적과 세공부피는 감소하고, 평균세공직경은 증가하였다. 이러한 영향으로 표면 개질된 활성탄소로 제조한 전기이중층캐패시터는 계면저항이 개질하지 않은 활성탄소를 사용한 전기이중층 캐패서터에 비해 크게 감소하였으며, 비표면적의 감소에도 불구하고 방전용량은 개질하지 않은 경우보다 크게 증가하였다.
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$^2$.
Commercial activated-carbon used as the electrode material of an electric double-layer capacitor (EDLC) was posttreated with various acids and alkalis to increase its capacitance. The carbon samples prepared were then heat-treated in order to control the amount of acidic functional groups formed by the acid treatments. Coin-type EDLC cells with two symmetric carbon electrodes were assembled using the prepared carbon materials and an organic electrolyte. The electrochemical performance of the EDLC was measured by galvanostatic charge-discharge, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy. Among the various activated carbons, the carbon electrodes (CSsb800) prepared by the treatments of coconutshell-based carbon activated with NaOH and $H_3BO_5$, and then heat treated at $800^{\circ}C$ under a flow of nitrogen gas, showed relatively good electrochemical performance. Although the specific-surface-area of the carbon-electrode material ($1,096m^2/g$) was less than that of pristine activated-carbon ($1,122m^2/g$), the meso-pore volume increased after the combined chemical and heat treatments. The specific capacitance of the EDLC increased from 59.6 to 74.8 F/g (26%) after those post treatments. The equivalent series resistance of EDLC using CSsb800 as electrode was much lower than that of EDLC using pristine activated carbon. Therefore, CSsb800 exhibited superior electrochemical performance at high scan rates due to its low internal resistance.
본 총설에서는 캐패시터적인 특성을 가지는 다공성 전극의 전기화학특성 분석에 활용되는 임피던스의 복소캐패시턴스 분석법(complex capacitance analysis)의 이론 및 응용에 대해 정리하였다. 이론적으로 캐패시터적인 특성을 갖는 전기화학시스템에 대해 캐패시턴스허수부 도시를 활용하면 효과적인 해석이 가능함이 제시되었다. 또한, 복소캐패시턴스 분석법은 다공성 탄소 재료/전극의 EDLC 특성, 미세기공 내부의 이온전도 특성, 고분자전해질연료전지의 촉매층 이온저항 등의 분석에 효과적으로 적용될 수 있음이 검증되었다.
Ta2O5 films were deposited on the p-Si(100) substrates by ECR-PECVD and annealed in O2 atmosphere. The thicknesses of Ta2O5/SiO2 layers were measured by an ellipsometer and a cross-sectional TEM. Annealing in O2 atmosphere enhanced the stoichiometry of the Ta2O5 film and reduced the impurity carbon content. Ta2O5 films were crystallized at the annealing temperatures above 75$0^{\circ}C$. The best leakage current characteristics and the maximum dielectric constant of Ta2O5/SiO2 film capacitor were observed in the specimen annealed at $700^{\circ}C$ and 75$0^{\circ}C$, respectively. The flat band voltage of the Al/Ta2O5/SiO2/p-Si MOS capacitor was varied in the range of -0.6~-1.6 V with the annealing temperature. The conduction mechanism in the Ta2O5 film, the variation of the effective oxide charge density with the annealing temperature, and the effective electric field distribution in the Ta2O5/SiO2 double layer were also discussed.
A hybrid supercapacitor is fabricated using a composite material from $LiMn_2O_4$ (LMO) and activated carbon (AC) as the positive electrode and AC as the negative electrode to form the (LMO + AC)/AC system. Volume ratio (positive : negative) of electrodes is controlled to investigate of the power and energy balance. The (LMO + AC)/AC system shows better performances than the LMO/AC system. Especially, electrochemical impedance spectra, rate charge.discharge and cycle performance testing show that the (LMO + AC)/AC system have an outstanding electrochemical performance at volume ratios of (LMO + AC)/AC = 1 : 1.7 and 1 : 2. Electric double layer capacitor (EDLC) capacitance between AC of the positive electrode and AC of the negative electrode improves power density without loss of capacitance. Stable capacitance is achieved by lowering the positive electrode resistance and balancing the energy and power densities between the positive and negative electrodes by the addition of AC to the positive electrode at high current density.
The electrochemical properties of electric double layer capacitor(EDLC) was studied by controlling pore size distribution and specific surface area of the activated carbon fiber(ACF). The mesoporous ACF, which was prepared by the iron exchange method, showed the tendency of increasing average pore size and decreasing total surface area. The mesoporous ACF (surface area = 2225 $m^2$/g, pore size=1.93 nm) showed increased mesopore(pore size=1~3nm) volume from 0.055 cc/g to 0.408 cc/g compared to its raw ACF. The charging capacity of the EDLC which uses the prepared mesoporous ACF also increased from 0.39 F/$cm^2$ to 0.55 F/$cm^2$. From these results, it can be known that the electrochemical properties of EDLC are mainly dependent on the specific surface area, but above the surface area 2200 $m^2$/g, it is the mesopore volume that affects the performance of the capacitor considerably. Because the increased mesopore volume results in a decreased ion mobility resistance, the charge capacitance is enhanced.
Electrochemical charateristics of activated carbon fiber cloth(ACFC) electrode were studied with propylene carbonate(PC), ${\gamma}$-butyrolactone(GBL) and N,N-dimethyl-formamide(DMF) as a solvent and tetraethylammoniumtetrafluoroborate(TEABF$_4$), tetraethylammoniumhexafluorophosphate(TEABF$_{6}$), tetrabutylammoniumtetrafluoroborate(TBABF$_4$) and tetrabutylammonium hexafluorophosphate(TBAPF$_6$) as an electrolytes(active material). The concentrations of electrolytes were in the range of 0.2~1.2 N, the volume ratios of PC and DMF as a mixed solvent system, were 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, and 40:60 vol%. Electrochemical characteristics such as electric conductivity, internal resistance, and electric capacitance of fabricated unit cells were measured after the moisture of activated material was removed with molecular sieve. Electrochemical characteristics were better in mixed solvents system than in mono solvent system. The mono solvent system of 1.0 N electrolyte of GBL/TEABF$_4$ with activated carbon cloth electrodes showed better result but the mixed solvent system with PC and DMF/TEABF$_4$(50:50 vol%) and the concentration of 1.0 N electrolyte showed the best characteristics. Internal resistance was 3.47 $\Omega$ and specific capacitance was 19.1 F/g respectively.y.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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