Double-layer capacitors (DLCs) are developed with high surface electrodes to achieve a high capacitance value. In the present work, the initial bulk concentration of 1 mol/m3 and 3 mol /m3 are selected to show the consequential effects on the performance of a double-layer capacitor. A 1D model of COMSOL Multiphysics has been developed to analyze the electric field and potential in cell voltage, the electric displacement field and polarization induced by the field, and energy density in a double-layer structure. The electrostatics and the electric circuit modes in COMSOL are used to simulate the electrochemical processes in the double-layer structure. The analytical analysis of a double-layer capacitor with different initial bulk concentrations is investigated by using Poisson-Nernst-Plank equations. From the simulation results, the differential capacitance changes as a function of compact layer thickness and initial bulk concentration. The energy density varies with the differential capacitance and voltage window. The values of energy density are dominated by the interaction of ions in the solution and electrode surface.
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.
Kweonho Kang;Seok-Min Hong;Changhwa Lee;Yongjun Cho
Archives of Metallurgy and Materials
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v.67
no.3
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pp.909-912
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2022
The thermal expansion of a ZrO2-20 mol% Gd2O3 pellet has been systematically investigated using a thermo-mechanical analyzer in the temperature range of 293-1773 K. Variations in the thermal expansion coefficient and density upon temperature change were calculated using the thermal expansion data. The average linear thermal expansion coefficient of the ZrO2-20 mol% Gd2O3 pellet was found to be 9.522 × 10-6 K-1 in the range of 298-1073 K. This value is smaller than that of ZrO2 and larger than that of Gd2O3. Further, with an increase in temperature to 1773 K, the density of ZrO2-20 mol% Gd2O3 pellet was found to decrease to 94.98 % of the initial density at 293 K.
Using WAsP, which is PC-program for the vertical and horizontal extrapolation of wind data, annual energy production as well as wind energy density has been predicted for Haengwon wind farm in Jeju island. The predicted results were compared with real data derived from wind turbines in Haengwon wind farm. As the results, in order to produce more electric power, new wind turbines should be located along coastal line, which has comparatively high wind energy density. Also, the roughness length should be inputted to the Map Editor program for better agreement with real annual energy production.
Kim, Jae-Ho;Sohn, Young-Jun;Kim, Min-Jin;Park, Gu-Gon;Yim, Sung-Dae
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.06a
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pp.357-360
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2009
The present study focused on the segmented cell which has the similar performance to unaltered (not segmented) cell in real operating condition. Many literatures have been made the segmented cell to observe the behavior of local current density distribution in the single cell. However, it has been lack of scheme to segment the cell in that the detailed interpretation of segmenting in analytic point of view was insufficient. Hence, the basic idea of segmenting was introduced to determine the component to be segmented in anode side of unit cell. The electrical contact/bulk resistance was measured by using four wire/probe method through each part of cell components including MEA, GDL, Bipolar Plate and Current Collector. Electron transport mechanism was predicted by comparing resistance values which were obtained from the experiment. As a result, this offered a great benefit to segment the cell efficiently. With this method further experiments would be conducted in research areas which require current density distribution at the same operating condition as unaltered cell.
Kang Ki Won;Yang Jae Ho;Kim Keon Sik;Song Kun Woo;Lee Chan Bock;Jung Youn Ho
Nuclear Engineering and Technology
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v.35
no.4
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pp.299-308
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2003
Fabrication technique of $(Th,U)O_2$ pellets has been investigated. Powder mixtures of $ThO_2\;and\;UO_2$ were milled in two different ways-dry and wet milling. Milled powder was compacted and sintered to $(Th,U)O_2$ pellets. The wet-milled powder leads to a $(Th,U)O_2$ pellet having a high sintered density and uniform distribution of U and Th, compared to the dry-milled powder. The sintered density of a $(Th,U)O_2$ pellet tends to decrease by increasing the content of $ThO_2$. The thermal conductivity of $ThO_2\;and\;(Th,U)O_2$ pellets was measured by the laser flash method. The thermal conductivity of the $ThO_2$ pellet is higher than that of the $UO_2$ pellet, and the thermal conductivities of $(Th,U)O_2$ pellets containing $65wt\%\;and\;35wt\%\;ThO_2$ pellets are lower than that of the $UO_2$ pellet.
SiO has a high theoretical capacity as a promising anode material candidate for high-energy-density Li-ion batteries. However, its practical application is still not widely used because of the large volume change that occurs during cycling. In this report, an active material containing a mixture of SiO and graphite was used to improve the insufficient energy density of the conventional anode with the support of multidimensional conducting agents. To relieve the isolation of the active materials from volume changes of SiO/graphite electrode, two types of conducting agents, namely, 1-dimensional VGCF and 0-dimensional Super-P, were introduced. The combination of VGCF and Super-P conducting agents efficiently maintained electrical pathways among particles in the electrode during cycling. We found that the electrochemical performances of cycleability and rate capability were greatly improved by employing the conducting agent combinations of VGCF and Super-P compared with the electrode using only single VGCF or single Super-P. We investigated the detailed failure mechanisms by using systematic electrochemical analyses.
Owing to its low cost, easy fabrication process, and good ionic properties, aqueous supercapacitors are under strong consideration as next-generation energy storage devices. However, the limitation of the current collector is its poor electrochemical stability, leading to low energy storage performance. Therefore, a reasonable design of the current collector and the acidic electrolyte is a necessary, as well as interfacial engineering to enhance the electrochemical performance. In the present study, graphite foil, with excellent electrochemical stability and good electrical properties, is suggested as a current collector of aqueous supercapacitors. This strategy results in excellent electrochemical performance, including a high specific capacitance of 215 F g-1 at a current density of 0.1 A g-1, a superior high-rate performance (104 F g-1 at a current density of 20.0 A g-1), and a remarkable cycling stability of 98 % at a current density of 10.0 A g-1 after 9,000 cycles. The superior energy storage performance is mainly ascribed to the improved ionic diffusion ability during cycling.
The increasing demand for high-performance energy storage systems has highlighted the limitations of conventional Li-ion batteries (LIBs), particularly regarding safety and energy density. All-solid-state batteries (ASSBs) have emerged as a promising next-generation energy storage system, offering the potential to address these issues. By employing nonflammable solid electrolytes and utilizing high-capacity electrode materials, ASSBs have demonstrated improved safety and energy density. Automotive and energy storage industries, in particular, have recognized the significance of advancing ASSB technology. Although the use of Li metal as ASSB anode is promising due to its high theoretical capacity and the expectation that Li dendrites will not form in solid electrolytes, persistent problems with Li dendrite formation during cycling remain. Therefore, the exploration of novel high-performance anode materials for ASSBs is highly important. Recent research has focused extensively on alloy-based anodes for ASSBs, owing to their advantages of no dendrite formation and high-energy density. This study provides a comprehensive review of the latest advancements and challenges associated with alloy-based anodes for ASSBs.
We present results of molecular dynamics simulations for hydroxide ion in supercritical water of densities 0.22, 0.31, 0.40, 0.48, 0.61, and 0.74 g/cc using the SPC/E water potential with Ewald summation. The limiting molar conductance of $OH^-$ ion at 673 K monotonically increases with decreasing water density. It is also found that the hydration number of water molecules in the first hydration shells around the $OH^-$ ion decreases and the potential energy per hydrated water molecule also decreases in the whole water density region with decreasing water density. Unlike the case in our previous works on LiCl, NaCl, NaBr, and CsBr [Lee at al., Chem. Phys. Lett. 1998, 293, 289-294 and J. Chem. Phys. 2000, 112, 864-869], the number of hydrated water molecules around ions and the potential energy per hydrated water molecule give the same effect to cause a monotonically increasing of the diffusion coefficient with decreasing water density in the whole water density region. The decreasing residence times are consistent with the decreasing potential energy per hydrated water molecule.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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