Articolo metodologico

Valutazione delle proprietà elettrochimiche dei supercondensatori utilizzando il sistema a tre elettrodi

DOI:

10.3791/63319

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7 gennaio 2022

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1School of Chemical Engineering and Materials Science, Department of Intelligent Energy and Industry, Chung-Ang University

In questo articolo

Sommario

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Il protocollo descrive la valutazione di varie proprietà elettrochimiche dei supercondensatori utilizzando un sistema a tre elettrodi con un dispositivo potenziostatico.

Abstract

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Il sistema a tre elettrodi è una piattaforma analitica di base e generale per studiare le prestazioni elettrochimiche e le caratteristiche dei sistemi di accumulo di energia a livello di materiale. I supercondensatori sono uno dei più importanti sistemi emergenti di accumulo di energia sviluppati nell'ultimo decennio. Qui, le prestazioni elettrochimiche di un supercondensatore sono state valutate utilizzando un sistema a tre elettrodi con un dispositivo potenziostatico. Il sistema a tre elettrodi consisteva in un elettrodo di lavoro (WE), un elettrodo di riferimento (RE) e un controelettrodo (CE). Il WE è l'elettrodo in cui viene controllato il potenziale e viene misurata la corrente, ed è l'obiettivo della ricerca. Il RE funge da riferimento per misurare e controllare il potenziale del sistema e il CE viene utilizzato per completare il circuito chiuso per consentire misurazioni elettrochimiche. Questo sistema fornisce risultati analitici accurati per la valutazione di parametri elettrochimici come la capacità specifica, la stabilità e l'impedenza attraverso la voltammetria ciclica (CV), la carica galvanostatica (GCD) e la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS). Diversi protocolli di progettazione sperimentale sono proposti controllando i valori dei parametri della sequenza quando si utilizza un sistema a tre elettrodi con un dispositivo potenziostatico per valutare le prestazioni elettrochimiche dei supercondensatori. Attraverso questi protocolli, il ricercatore può impostare un sistema a tre elettrodi per ottenere risultati elettrochimici ragionevoli per valutare le prestazioni dei supercondensatori.

Introduzione

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I supercondensatori hanno attirato un'enorme attenzione come fonti di energia adatte per una varietà di applicazioni come dispositivi microelettronici, veicoli elettrici (EV) e sistemi di accumulo di energia stazionari. Nelle applicazioni EV, i supercondensatori possono essere utilizzati per una rapida accelerazione e possono consentire l'accumulo di energia rigenerativa durante i processi di decelerazione e frenata. Nei settori delle energie rinnovabili, come la generazione di energia solare1 e la generazione di energia eolica2, i supercondensatori possono essere utilizzati come sistemi di accumulo di energia stazionari....

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Protocollo

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1. Fabbricazione di elettrodi e supercondensatori (Figura 1)

  1. Preparare gli elettrodi prima dell'analisi elettrochimica combinando l'80% in peso (wt)% del materiale attivo dell'elettrodo (0,8 g di carbone attivo), il 10% in peso del materiale conduttivo (0,1 g di nerofumo) e il 10% in peso del legante (0,1 g di politetrafluoroetilene (PTFE)).
    1. Far cadere l'isopropanolo (IPA; 0,1-0,2 ml) nella miscela sopra menzionata, quindi distribuire la miscela sottilmente in un impasto con un rullo.
  2. Prima di fissare l'elettrodo alla rete in acciaio inossidabile (SUS), tagliare la....

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Risultati

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Gli elettrodi sono stati fabbricati secondo il protocollo step 1 (Figura 1). Elettrodi sottili e omogenei sono stati fissati a mesh SUS con una dimensione di 1 cm2 e uno spessore di 0,1-0,2 mm. Dopo l'essiccazione, è stato ottenuto il peso dell'elettrodo puro. L'elettrodo è stato immerso in un elettrolita acquoso 2 M H2SO4 e all'elettrolita è stato permesso di permeare sufficientemente l'elettrodo prima delle analisi elettrochimiche. La sequenza di produzione.......

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Discussione

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Questo studio fornisce un protocollo per varie analisi utilizzando un sistema a tre elettrodi con un dispositivo potenziostatico. Questo sistema è ampiamente utilizzato per valutare le prestazioni elettrochimiche dei supercondensatori. Una sequenza adatta per ogni analisi (CV, GCD e EIS) è importante per ottenere dati elettrochimici ottimizzati. Rispetto al sistema a due elettrodi con una configurazione semplice, il sistema a tre elettrodi è specializzato per l'analisi dei supercondensatori a livello di materiale

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

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Questo lavoro è stato supportato dal Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning (KETEP) e dal Ministero del Commercio, dell'Industria e dell'Energia (MOTIE) della Repubblica di Corea (n. 20214000000280) e dalla borsa di studio per la ricerca universitaria dell'Università Chung-Ang 2021.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Carbone attivoGSMateriale attivo
Elettrodo Ag/AgClBASiRE-5BElettrodo di riferimento
Nero di carbonioHyundaiMateriale conduttivo
DesicatorNavimro
Pressa per elettrodiRotech
Extractor WonA TechConverti il programma (dati grezzi in forma excel)
Isopropanolo (IPA)SamchunI0346Solvente per fondere il legante
Politetrafluoroetilene (PTFE)Hyundai
Binder Potenziostato WonATechZive SP1
Elettrodo PtBASiMW-018122017Controelettrodo
Pallone di reazioneDuranContainer per elettrolita
SM6WonA TechProgramma di sequenza di impostazione e misurazione del risultato elettrochimico
Acido solforicoSamshunS1423Elettrolita
SUS meshNavimroCollettore di corrente
Tappo in teflonWonA TechCap del continer elettrolitico
ZmanWonA TechEIS program

Riferimenti

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  1. 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).
  2. Gee, A. M., Robinson, F. V. P., Dunn, R. W.

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Valutazione dei supercondensatoriPotenziostatoVoltammetria ciclicaCarica scarica galvanostaticaSpettroscopia di impedenza elettrochimicaCapacit specificaPreparazione degli elettrodiSistemi di accumulo dell energia

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