이 프로토콜은 포텐시오스타트 장치가 있는 세 개의 전극 시스템을 사용하여 슈퍼 커패시터의 다양한 전기화학적 특성의 평가를 설명합니다.
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이 논문에서
요약
초록
세 전극 시스템은 재료 수준에서 에너지 저장 시스템의 전기 화학적 성능 및 특성을 조사하기위한 기본적이고 일반적인 분석 플랫폼입니다. 슈퍼 커패시터는 지난 십 년 동안 개발된 가장 중요한 비상 에너지 저장 시스템 중 하나입니다. 여기서, 슈퍼커패시터의 전기화학적 성능은 포텐시오스타트 소자를 갖는 삼전극 시스템을 이용하여 평가하였다. 세 전극 시스템은 작동 전극 (WE), 기준 전극 (RE) 및 상대 전극 (CE)으로 구성되었습니다. WE는 전위가 제어되고 전류가 측정되는 전극이며 연구 대상입니다. RE는 시스템의 전위를 측정하고 제어하기 위한 기준 역할을 하며, CE는 전기화학적 측정을 가능하게 하기 위해 폐쇄 회로를 완성하는 데 사용됩니다. 이 시스템은 순환 전압전류법(CV), 전기화학적 충방전(GCD) 및 전기화학 임피던스 분광법(EIS)을 통해 특정 정전용량, 안정성 및 임피던스와 같은 전기화학적 파라미터를 평가하기 위한 정확한 분석 결과를 제공합니다. 수퍼커패시터의 전기화학적 성능을 평가하기 위해 포텐시오스타트 소자와 함께 삼전극 시스템을 사용할 때 시퀀스의 파라미터 값을 제어함으로써 몇 가지 실험 설계 프로토콜이 제안된다. 이러한 프로토콜을 통해 연구원은 슈퍼 커패시터의 성능을 평가하기위한 합리적인 전기 화학적 결과를 얻기 위해 세 개의 전극 시스템을 설정할 수 있습니다.
서론
슈퍼 커패시터는 마이크로 전자 장치, 전기 자동차 (EV) 및 고정 에너지 저장 시스템과 같은 다양한 응용 분야에 적합한 전원으로 엄청난 관심을 끌었습니다. EV 응용 제품에서 슈퍼 커패시터는 빠른 가속에 사용할 수 있으며 감속 및 제동 프로세스 중에 회생 에너지를 저장할 수 있습니다. 태양광 발전(1) 및 풍력 발전(2)과 같은 재생 에너지 분야에서, 슈퍼 커패시터는 고정식 에너지 저장 시스템(3,4)으로서 사용될 수 있다. 재생 가능 에너지 생성은 이러한 에너지 공급의 변동적이고 간헐적 인 특성에 의해 제한됩니다. 따라서, 불규칙한 발전 중에 즉시 대응할 수 있는 에너지 저장 시스템이 필요하다5. 리튬 이온 배터리와 다른 메커니즘을 통해 에너지를 저장하는 슈퍼 커패시터는 높은 전력 밀도, 안정적인 사이클 성능 및 빠른 충전 방전6을 나타냅니다. 저장 메커니즘에 따라, 슈퍼 커패시터는 이중층 커패시터(EDLC)와 의사 커패시터(7)로 구별될 수 있다. EDLC....
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프로토콜
1. 전극 및 슈퍼 커패시터의 제작(그림 1)
- 전기화학적 분석 전에 전극 활물질 80 중량(wt)%(활성탄 0.8 g), 도전재 10 wt%(카본 블랙 0.1 g), 및 바인더 10 wt%(폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)0.1 g)를 조합하여 전극을 제조하였다.
- 이소프로판올 (IPA; 0.1-0.2 mL)을 상기 언급된 혼합물에 떨어뜨린 다음, 혼합물을 롤러로 반죽에 얇게 퍼뜨린다.
- 전극을 스테인레스 스틸 (SUS) 메쉬에 부착하기 전에 SUS 메쉬를 1.5cm (너비) ×는 5cm (길이)의 크기로 자릅니다. SUS 메쉬를 칭량 한 후, 0.1-0.2 mm 두께의 전극 (1cm2)을 SUS 메쉬에 코팅하고 전극 프레스기로 압축하십시오. 여기서, 전극의 질량 범위는 0.001-0.003 g이었다.
- 조립된 슈퍼커패시터 전극을 약 1일 동안 80°C의 오븐에서 건조시켜 IPA를 증발시켰다.
- SUS 메쉬를 계량하여 전극의 중량을 구한 다음, 메쉬를 전해질(2MH2SO4 수용액)에 침지시켰다.
- SUS ....
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결과
전극은 프로토콜 단계 1에 따라 제조되었다(도 1). 얇고 균질한 전극을1cm2 및 0.1-0.2mm 두께의 SUS 메쉬에 부착하였다. 건조 후, 순수한 전극의 중량이 얻어졌다. 전극을 2 MH2SO4수성 전해질에 침지시키고, 전해질을 전기화학적 분석 전에 전극에 충분히 투과시키도록 하였다. 전기화학적 측정을 위한 생산 순서 및 시스템 설정은 프로토콜 단계 2 및 3에 따라 수행되었다(도 2 - 도 5). 시스템에 사용되는 유리 용기는 각 전극 사이의 거리가 최소화되는 다양한 형상(29)을 가질 수 있다. 측정 결과를 프로토콜 단계 4에 따라 조직하고 해석하였다. 분석이 성공적이었는지 여부를 확인하기 위해, 분석 중에 얻어진 실시간 그래프와 분석 후 획득한 원시 데이터의.......
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토론
이 연구는 전위차 장치가 있는 세 개의 전극 시스템을 사용하여 다양한 분석을 위한 프로토콜을 제공합니다. 이 시스템은 슈퍼 커패시터의 전기 화학적 성능을 평가하는 데 널리 사용됩니다. 각 분석에 적합한 서열(CV, GCD 및 EIS)은 최적화된 전기화학적 데이터를 얻는 데 중요합니다. 간단한 설정을 갖는 두 전극 시스템과 비교하여, 세 전극 시스템은 재료 레벨15에서 슈퍼 커패시터를 분석하는 데 특화되어 있습니다. 그러나, 전해질(42), 전위 범위(43), 스캔 속도(14), 및 전류 밀도(14)와 같은 적절한 실험 파라미터의 선택은 고품질 데이터를 획득하기 위해 중요하다. 신중하게 설정해야하는 매개 변수는 아래에 요약되어 있습니다.
중량비는 사용되는 재료의 종류에 .......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없습니다.
감사의 글
본 사업은 한국에너지기술평가계획연구원(KETEP)과 산업통상자원부(MOTIE)(제20214000000280호), 2021년 중앙대학교 대학원 연구장학금의 지원을 받았다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 활성탄 | GS | 활물질 | |
| Ag / AgCl 전극 | BASi | RE-5B | 기준 전극 |
| 카본 블랙 | 현대 | 도전 재료 | |
| 건조제 | Navimro | ||
| 전극 프레스 기계 | Rotech | ||
| 추출기 | WonA Tech | 프로그램 변환 (원시 데이터를 엑셀 형식으로) | |
| 이소프로판올 (IPA) | 삼천 | I0346 | 바인더 |
| 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE) | 현대 | 바인더 | |
| 전위차 조절기 | 원아 테크 | Zive SP1 | |
| Pt 전극 | BASi | MW-018122017 | 카운터 전극 |
| 반응 플라스크 | 듀란 | 용기 전해질의 | |
| 경우 SM6 | WonA Tech | 순서 설정 및 전기화학적 결과 측정 프로그램 | |
| 황산 | Samshun | S1423 | 전해질 |
| SUS 메쉬 | Navimro | 집전체 | |
| 테프론 캡 | WonA 전 | 해질 continer | |
| Zman | WonA Tech | EIS 프로그램 |
참고문헌
- 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.
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