يصف البروتوكول تقييم الخواص الكهروكيميائية المختلفة للمكثفات الفائقة باستخدام نظام ثلاثي الأقطاب الكهربائية مع جهاز potentiostat.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
تقييم الخواص الكهروكيميائية للمكثفات الفائقة باستخدام نظام الأقطاب الثلاثة
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
نظام الأقطاب الثلاثة هو منصة تحليلية أساسية وعامة للتحقيق في الأداء الكهروكيميائي وخصائص أنظمة تخزين الطاقة على مستوى المواد. المكثفات الفائقة هي واحدة من أهم أنظمة تخزين الطاقة الناشئة التي تم تطويرها في العقد الماضي. هنا ، تم تقييم الأداء الكهروكيميائي للمكثف الفائق باستخدام نظام ثلاثي الأقطاب الكهربائية مع جهاز potentiostat. يتكون نظام الأقطاب الثلاثة من قطب كهربائي عامل (WE) ، وقطب مرجعي (RE) ، وقطب مضاد (CE). WE هو القطب الكهربائي حيث يتم التحكم في الجهد ويتم قياس التيار ، وهو هدف البحث. يعمل RE كمرجع لقياس إمكانات النظام والتحكم فيها ، ويستخدم CE لإكمال الدائرة المغلقة لتمكين القياسات الكهروكيميائية. يوفر هذا النظام نتائج تحليلية دقيقة لتقييم المعلمات الكهروكيميائية مثل السعة المحددة والاستقرار والمعاوقة من خلال قياس الفولتام الدوري (CV) وتفريغ الشحنة الجلفانوستاتيكية (GCD) والتحليل الطيفي للمعاوقة الكهروكيميائية (EIS). يتم اقتراح العديد من بروتوكولات التصميم التجريبي من خلال التحكم في قيم المعلمات للتسلسل عند استخدام نظام ثلاثي الأقطاب الكهربائية مع جهاز potentiostat لتقييم الأداء الكهروكيميائي للمكثفات الفائقة. من خلال هذه البروتوكولات ، يمكن للباحث إنشاء نظام ثلاثي الأقطاب الكهربائية للحصول على نتائج كهروكيميائية معقولة لتقييم أداء المكثفات الفائقة.
المقدمة
جذبت المكثفات الفائقة اهتماما هائلا كمصادر طاقة مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات مثل الأجهزة الإلكترونية الدقيقة والمركبات الكهربائية (EVs) وأنظمة تخزين الطاقة الثابتة. في تطبيقات EV ، يمكن استخدام المكثفات الفائقة للتسارع السريع ويمكن أن تمكن من تخزين الطاقة المتجددة أثناء عمليات التباطؤ والكبح. في مجالات الطاقة المتجددة ، مثل توليد الطاقة الشمسية1 وتوليد طاقة الرياح2 ، يمكن استخدام المكثفات الفائقة كأنظمة تخزين طاقة ثابتة 3,4. وتوليد الطاقة المتجددة محدود بسبب الطبيعة المتقلبة والمتقطعة لإمدادات الطاقة هذه؛ لذلك ، يلزم وجود نظام لتخزين الطاقة يمكنه الاستجابة ....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
1. تصنيع القطب الكهربائي والمكثف الفائق (الشكل 1)
- قم بإعداد الأقطاب الكهربائية قبل التحليل الكهروكيميائي عن طريق الجمع بين 80٪ من الوزن (الوزن) ٪ من المادة الفعالة القطب (0.8 غرام من الكربون المنشط) ، و 10 ٪ من الوزن من المادة الموصلة (0.1 غرام من أسود الكربون) ، و 10 ٪ من الوزن من الموثق (0.1 غرام من البولي تترافلورو إيثيلين (PTFE)).
- أسقط الأيزوبروبانول (IPA ؛ 0.1-0.2 مل) في الخليط المذكور أعلاه ، ثم انشر الخليط بشكل رقيق في عجينة مع أسطوانة.
- قبل توصيل القطب الكهربائي بشبكة الفولاذ المقاوم للصدأ (SUS) ، اقطع شبكة SUS إلى أبعاد 1.5 سم (عرض) × 5 سم (طول). بعد وزن شب....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
تم تصنيع الأقطاب الكهربائية وفقا لخطوة البروتوكول 1 (الشكل 1). تم إرفاق أقطاب كهربائية رقيقة ومتجانسة بشبكة SUS بحجم 1 سم 2 وسمك 0.1-0.2 مم. بعد التجفيف ، تم الحصول على وزن القطب النقي. تم غمر القطب الكهربائي في إلكتروليت مائي 2 M H2SO4 ، وسمح للإلكتروليت باختراق القطب بشكل كاف قبل التحليلات الكهروكيميائية. تم تنفيذ تسلسل الإنتاج وإعداد النظام للقياسات الكهروكيميائية وفقا لخطوتي البروتوكول 2 و 3 (الشكل 2 - ال.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
توفر هذه الدراسة بروتوكولا لمختلف التحليلات باستخدام نظام ثلاثي الأقطاب الكهربائية مع جهاز potentiostat. يستخدم هذا النظام على نطاق واسع لتقييم الأداء الكهروكيميائي للمكثفات الفائقة. يعد التسلسل المناسب لكل تحليل (CV و GCD و EIS) مهما للحصول على بيانات كهروكيميائية محسنة. بالمقارنة مع نظام القطبين الكهربائيين الذي يحتوي على إعداد بسيط ، فإن نظام الأقطاب الثلاثة متخصص في تحليل المكثفات الفائقة على مستوى المواد15. ومع ذلك ، فإن اختيار المعلمات التجريبية المناسبة مثل المنحل بالكهرباء
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
شكر وتقدير
تم دعم هذا العمل من قبل المعهد الكوري لتقييم وتخطيط تكنولوجيا الطاقة (KETEP) ووزارة التجارة والصناعة والطاقة (MOTIE) في جمهورية كوريا (رقم 20214000000280) ، ومنحة أبحاث الدراسات العليا بجامعة تشونغ آنغ لعام 2021.
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| الكربون المنشط | GS | المواد النشطة | |
| Ag / AgCl القطب الكهربائي | BASi | RE-5B | القطب المرجعي |
| الكربون الأسود | هيونداي | المواد الموصلة | |
| مجفف | نافيمرو | ||
| آلة ضغط القطب | الكهربائي Rotech | ||
| Extractor WonA Tech | تحويل البرنامج (البيانات الأولية إلى شكل إكسل) | ||
| الأيزوبروبانول (IPA) | Samchun | I0346 | مذيب لإذابة الموثق |
| بولي تترافلورو إيثيلين (PTFE) | هيونداي | بيندر | |
| Potentiostat | WonA Tech | Zive SP1 | |
| Pt القطب | الكهربائي BASi | MW-018122017 | القطب المضاد |
| Duran | Container للإلكتروليت | ||
| SM6 | WonA برنامج تقني | لضبط التسلسل وقياس النتيجة الكهروكيميائية | |
| حمض الكبريتيك | Samshun | S1423 | شبكة المنحل |
| بالكهرباء | SUS جامع التيار Navimro | ||
| غطاء تفلون | WonA Tech | Cap لبرنامج Continer Electrolyte | |
| Zman | WonA Tech | EIS |
المراجع
- El-Kady, M. F., et al. Engineering three-dimensional hybrid supercapacitors and microsupercapacitors for high-performance integrated energy storage. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (14), 4233(2015).
- Gee, A. M., Robinson, F. V. P., Dunn, R. W.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
