Method Article

Evaluatie van de elektrochemische eigenschappen van supercondensatoren met behulp van het drie-elektrodesysteem

DOI:

10.3791/63319

⸱

January 7th, 2022

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

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het protocol beschrijft de evaluatie van verschillende elektrochemische eigenschappen van supercondensatoren met behulp van een drie-elektrodesysteem met een potentiostat-apparaat.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het drie-elektrodesysteem is een basis- en algemeen analytisch platform voor het onderzoeken van de elektrochemische prestaties en kenmerken van energieopslagsystemen op materiaalniveau. Supercondensatoren zijn een van de belangrijkste opkomende energieopslagsystemen die in het afgelopen decennium zijn ontwikkeld. Hier werden de elektrochemische prestaties van een supercondensator geëvalueerd met behulp van een drie-elektrodesysteem met een potentiostatapparaat. Het systeem met drie elektroden bestond uit een werkelektrode (WE), referentie-elektrode (RE) en tegenelektrode (CE). De WE is de elektrode waar de potentiaal wordt geregeld en de stroom wordt gemeten, en het is het doelwit van onderzoek. De RE fungeert als referentie voor het meten en regelen van de potentiaal van het systeem, en de CE wordt gebruikt om het gesloten circuit te voltooien om elektrochemische metingen mogelijk te maken. Dit systeem biedt nauwkeurige analyseresultaten voor het evalueren van elektrochemische parameters zoals de specifieke capaciteit, stabiliteit en impedantie door cyclische voltammetrie (CV), galvanostatische ladingsontlading (GCD) en elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS). Verschillende experimentele ontwerpprotocollen worden voorgesteld door de parameterwaarden van de sequentie te regelen bij gebruik van een drie-elektrodesysteem met een potentiostaatapparaat om de elektrochemische prestaties van supercondensatoren te evalueren. Via deze protocollen kan de onderzoeker een systeem met drie elektroden opzetten om redelijke elektrochemische resultaten te verkrijgen voor het beoordelen van de prestaties van supercondensatoren.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Supercondensatoren hebben enorme aandacht getrokken als geschikte energiebronnen voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals micro-elektronische apparaten, elektrische voertuigen (EV's) en stationaire energieopslagsystemen. In EV-toepassingen kunnen supercondensatoren worden gebruikt voor snelle acceleratie en kunnen ze de opslag van regeneratieve energie mogelijk maken tijdens de vertragings- en remprocessen. In hernieuwbare energievelden, zoals zonne-energieopwekking1 enwindenergieopwekking 2, kunnen supercondensatoren worden gebruikt als stationaire energieopslagsystemen 3,4. De opwekking van hernieuwbare energie wordt beperkt door het fluctuerende en intermitterende karakter van deze energievoorziening; daarom is een energieopslagsysteem vereist dat onmiddellijk kan reageren tijdens onregelmatige stroomopwekking5. Supercondensatoren, die energie opslaan via mechanismen die verschillen van die van lithium-ionbatterijen, vertonen een hoge vermogensdichtheid, stabiele cyclusprestaties en snel opladen-ontladen6. Afhankelijk van het opslagmechanisme kunnen supercondensatoren worden onderscheiden in dubbellaagse condensatoren (EDLC's) en pseudocondensatoren7. EDLC's accumuleren elektrostatische lading aan het elektrodeoppervlak. Daarom wordt de capaciteit bepaald door de hoeveelheid lading, die wordt beïnvloed door het oppervlak en de poreuze structuur van de elektrodematerialen. Daarentegen slaan pseudocondensatoren, die bestaan uit geleidende polymeren en metaaloxidematerialen, lading op via een Faradaic-reactieproces. De verschillende elektrochemische eigenschappen van supercondensatoren zijn gerelateerd aan de elektrodematerialen en het ontwikkelen van nieuwe elektrodematerialen is het belangrijkste probleem bij het verbeteren van de prestaties van supercondensatoren8. Daarom is het evalueren van de elektrochemische eigenschappen van deze nieuwe materialen of systemen belangrijk in de voortgang van onderzoek en verdere toepassingen in het echte leven. In dit opzicht is elektrochemische evaluatie met behulp van een drie-elektrodensysteem de meest elementaire en meest gebruikte methode in laboratoriumschaalonderzoek van energieopslagsystemen 9,10,11,12,13.

Het drie-elektrodesysteem is een eenvoudige en betrouwbare benadering voor het evalueren van de elektrochemische eigenschappen, zoals de specifieke capaciteit, weerstand, geleidbaarheid en levensduur van supercondensatoren14. Het systeem biedt het voordeel van het mogelijk maken van analyse van de elektrochemische eigenschappen van afzonderlijke materialen15, wat in tegenstelling staat tot het twee-elektrodesysteem, waar de kenmerken kunnen worden bestudeerd door de analyse van het gegeven materiaal. Het twee-elektrodensysteem geeft alleen informatie over de reactie tussen twee elektroden. Het is geschikt voor het analyseren van de elektrochemische eigenschappen van het gehele energieopslagsysteem. De potentiaal van de elektrode is niet vast. Daarom is niet bekend bij welke spanning de reactie plaatsvindt. Het systeem met drie elektroden analyseert echter slechts één elektrode met bevestigingspotentiaal die een gedetailleerde analyse van de enkele elektrode kan uitvoeren. Daarom is het systeem gericht op het analyseren van de specifieke prestaties op materiaalniveau. Het systeem met drie elektroden bestaat uit een werkende elektrode (WE), referentie-elektrode (RE) en tegenelektrode (CE)16,17. De WE is het doelwit van onderzoek, beoordeling omdat het de elektrochemische reactie van belang18 uitvoert en is samengesteld uit een redoxmateriaal dat van potentieel belang is. In het geval van EDLC's is het gebruik van materialen met een hoog oppervlak het belangrijkste probleem. Daarom hebben poreuze materialen met een hoog oppervlak en microporiën, zoals poreuze koolstof, grafeen en nanobuisjes, de voorkeur19,20. Actieve kool is het meest voorkomende materiaal voor EDLC's vanwege het hoge specifieke oppervlak (>1000 m2/g) en de vele microporiën. Pseudocondensatoren worden vervaardigd met materialen die een Faradaic-reactie kunnen ondergaan21. Metaaloxiden (RuOx, MnOx, enz.) en geleidende polymeren (PANI, PPy, enz.) worden vaak gebruikt22. De RE en CE worden gebruikt om de elektrochemische eigenschappen van de WE te analyseren. De RE dient als referentie voor het meten en regelen van het potentieel van het systeem; de normale waterstofelektrode (NHE) en Ag/AgCl (verzadigd KCl) worden over het algemeen gekozen als de RE23. De CE is gekoppeld aan de WE en voltooit het elektrische circuit om ladingsoverdracht mogelijk te maken. Voor de CE worden elektrochemisch inerte materialen gebruikt, zoals platina (Pt) en goud (Au)24. Alle componenten van het drie-elektrodesysteem zijn aangesloten op een potentiostaatapparaat, dat het potentieel van het hele circuit regelt.

Cyclische voltammetrie (CV), galvanostatische ladingsontlading (GCD) en elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) zijn typische analytische methoden die een systeem met drie elektroden gebruiken. Verschillende elektrochemische eigenschappen van supercondensatoren kunnen met behulp van deze methoden worden beoordeeld. CV is de fundamentele elektrochemische methode die wordt gebruikt om het elektrochemische gedrag (elektronenoverdrachtscoëfficiënt, omkeerbaar of onomkeerbaar, enz.) en capacitieve eigenschappen van materiaal tijdens herhaalde redoxprocessen te onderzoeken14,24. De CV-plot toont redoxpieken gerelateerd aan de reductie en oxidatie van het materiaal. Door deze informatie kunnen onderzoekers de elektrodeprestaties evalueren en het potentieel bepalen waar het materiaal wordt verminderd en geoxideerd. Bovendien is het door middel van CV-analyse mogelijk om de hoeveelheid lading te bepalen die materiaal of elektrode kan opslaan. De totale lading is een functie van de potentiaal en de capaciteit kan eenvoudig worden berekend 6,18. Capaciteit is het belangrijkste probleem bij supercondensatoren. Een hogere capaciteit vertegenwoordigt het vermogen om meer lading op te slaan. EDLC's geven aanleiding tot rechthoekige CV-patronen met lineaire lijnen, zodat de capaciteit van de elektrode eenvoudig kan worden berekend. Pseudocondensatoren vertonen redoxpieken in rechthoekige percelen. Op basis van deze informatie kunnen onderzoekers de elektrochemische eigenschappen van materialen beoordelen met behulp van CV-metingen18.

GCD is een veelgebruikte methode voor het identificeren van de cyclusstabiliteit van een elektrode. Voor langdurig gebruik moet de cyclusstabiliteit worden gecontroleerd bij een constante stroomdichtheid. Elke cyclus bestaat uit laad-ontlaadstap14. Onderzoekers kunnen de cyclusstabiliteit bepalen door variaties in de lading-ontladingsgrafiek, specifieke capaciteitsretentie en Coulombic-efficiëntie. EDLC's geven aanleiding tot een lineair patroon; zo kan de specifieke capaciteit van de elektrode eenvoudig worden berekend met behulp van de helling van de ontladingscurve6. Pseudocondensatoren vertonen echter een niet-lineair patroon. De afvoerhelling varieert tijdens het ontladingsproces7. Verder kan de interne weerstand worden geanalyseerd door middel van de stroomweerstand (IR) daling, wat de potentiële daling is als gevolg van de weerstand 6,25.

EIS is een nuttige methode om de impedantie van energieopslagsystemen te identificeren zonder vernietiging van het monster26. De impedantie kan worden berekend door een sinusvormige spanning toe te passen en de fasehoek14 te bepalen. De impedantie is ook een functie van de frequentie. Daarom wordt het EIS-spectrum verkregen over een reeks frequenties. Bij hoge frequenties zijn kinetische factoren zoals de interne weerstand en ladingsoverdracht werkzaam24,27. Bij lage frequenties kunnen de diffusiefactor en Warburg-impedantie worden gedetecteerd, die gerelateerd zijn aan massaoverdracht en thermodynamica24,27. EIS is een krachtig hulpmiddel voor het analyseren van de kinetische en thermodynamische eigenschappen van een materiaal op hetzelfde moment28. Deze studie beschrijft de analyseprotocollen voor het evalueren van de elektrochemische prestaties van supercondensatoren met behulp van een systeem met drie elektroden.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Fabricage van elektrode en supercondensator (figuur 1)

  1. Bereid de elektroden voorafgaand aan de elektrochemische analyse voor door 80 gewicht (wt)% van het actieve elektrodemateriaal (0,8 g actieve kool), 10 wt% van het geleidende materiaal (0,1 g roet) en 10 wt% van het bindmiddel (0,1 g polytetrafluorethyleen (PTFE)) te combineren.
    1. Laat isopropanol (IPA; 0,1-0,2 ml) in het bovengenoemde mengsel vallen en verdeel het mengsel vervolgens dun in een deeg met een roller.
  2. Voordat u de elektrode aan roestvrijstalen (SUS) gaas bevestigt, snijdt u het SUS-gaas tot afmetingen van 1,5 cm (breedte) × 5 cm (lengte). Na het wegen van het SUS-gaas, bedekt u de elektrode (1 cm2) met een dikte van 0,1-0,2 mm op een SUS-gaas en comprimeert u deze met een elektrodepersmachine. Hier was het massabereik van de elektrode 0,001-0,003 g.
  3. Droog de geassembleerde supercondensatorelektrode ongeveer 1 dag in een oven bij 80 °C om de IPA te verdampen.
  4. Weeg het SUS-gaas om het gewicht van de elektrode te verkrijgen en dompel het gaas vervolgens onder in de elektrolyt (2 M H2SO4 waterige oplossing).
  5. Plaats het SUS-gaas in een exsiccator om luchtbellen aan het oppervlak van de supercondensatorelektrode te verwijderen.

2. Voorbereiding van het sequentiebestand voor elektrochemische analyse

  1. CV-volgorde-instellingen om de analyseresultaten te verkrijgen.
    1. Voer het potentiostat-meetprogramma uit om het sequentiebestand van het meetexperiment in te stellen (figuur 2A).
    2. Klik op de knop Experimenteren op de werkbalk en ga naar De editor voor sequentiebestanden > Nieuw of klik op de knop Nieuwe reeks (afbeelding 2B). Klik op de knop Toevoegen om een reeksstap toe te voegen (afbeelding 3A).
    3. Stel bij elke stap Control in als Sweep, Configuration als PSTAT, Mode als CYCLIC en Range als Auto. Stel de referentie voor Initial(V) en Middle(V) in als Eref en zet -200e-3 in de Waarde. Stel de referentie voor Final(V) in als Eref en zet 800e-3 in de waarde.
    4. De spanningsscansnelheid wordt door de gebruiker ingesteld als de gewenste waarde. Hier werd de scansnelheid ingesteld op 10 mV/s. Zet de waarde in Scanrate(V/s) als 10.0000e-3. Kopieer stap 1 en klik op Plakken[Dn] om het in stap 2~5 te plakken. Wijzig de waarde van Scanrate(V/s) in respectievelijk 20.000e-3, 30.000e-3, 50.000e-3 en 100.00e-3 .
    5. Stel Stille tijd(en) in als 0 en Segmenten als het getal 2n+1 waarbij n het aantal cycli is. Hier werden er 21 toegepast voor 10 cycli.
    6. Stel cut off condition als volgt in: stel voor Condition-1 Item in als Step End en Go Next als Next.
    7. Stel in de sectie Diverse instellingen beheren op het tabblad Steekproeven Item in als Tijden(en), OP als >= en DeltaValue als 0,333333 (stap-1), 0,166666 (stap 2), 0,111111 (stap-3), 0,06667 (stap-4) en 0,03333 (stap-5) voor elke scansnelheid. Dit is het tijdsinterval voor het vastleggen van de gegevens.
    8. Klik op Opslaan als om het cv-analysevolgordebestand op te slaan in een willekeurige map van de computer.
  2. GCD-sequentie-instellingen om de analyseresultaten te verkrijgen
    1. Voer het potentiostat-meetprogramma uit om het sequentiebestand van het meetexperiment in te stellen (figuur 2A).
    2. Klik op de knop Experimenteren op de werkbalk en ga naar De editor voor reeksbestanden > Nieuw of klik op de knop Nieuwe reeks (afbeelding 2B). Klik op de knop Toevoegen om een reeksstap toe te voegen (figuur 4A,B).
    3. Stel in stap 1 Besturing in als CONSTANT, Configuratie als GSTAT, Modus als NORMAAL en Bereik als Automatisch. Stel de referentie voor Current(A) in op NUL. Wanneer de massa van de elektrode 0,00235 g is, stelt u de waarde in als 1,8618e-3 , wat betekent dat de stroomdichtheid 1 A / g is.
    4. Stel Cut Off Condition als volgt in: stel voor Condition-1 Item in als Voltage, OP als >=, DeltaValue als 800e-3 en Go Next as Next.
    5. Stel het volgende in de sectie Diversen beheren in: stel op het tabblad Steekproef item in als Tijden(en), OP als >= en DeltaWaarde als 0,1.
    6. In stap 2 is elke set hetzelfde als in stap 1, behalve de ingestelde waarde current (A) als de negatieve waarde van stap-1 (-1.8618e-3). Stel voorwaarde 1 als volgt in: Item als Voltage, OP als <=, DeltaValue als -200e-3 en Go Next as Next.
    7. Stel in stap 3 Control in als LOOP, Configuration als CYCLE en stel List-1 in Condition-1 of Cut Off Condition in als Loop Next, Go Next als Step-1 en stel List-2 in als Step End en Go Next als Next. Stel de iteratiewaarde in op 10 , het aantal herhalende cycli.
    8. Stap-1, stap-2 en stap-3 vormen één lus. Kopieer en plak ze na stap-4 en wijzig de waarde van Current (A) in 3.7236e-3, 5.5855e-3, 9.3091e-3 of 18.618e-3, berekend voor verschillende stroomdichtheden van 2,3,5 en 10 A/g.
    9. Klik op Opslaan als om het GCD-analysevolgordebestand op te slaan in een willekeurige map van de computer.
  3. EIS-sequentie-instellingen om de analyseresultaten te verkrijgen
    1. Voer het potentiostat-meetprogramma uit om het sequentiebestand van het meetexperiment in te stellen (figuur 2A).
    2. Klik op de knop Experimenteren op de werkbalk en ga naar De editor voor reeksbestanden > Nieuw of klik op de knop Nieuwe reeks (afbeelding 2B). Klik op de knop Toevoegen om een reeksstap toe te voegen (figuur 5A,B).
    3. Stel in stap 1 Besturing in als CONSTANT, Configuratie als PSTAT, Modus als TIMER STOP en Bereik als Automatisch. Stel de referentie voor spanning (V) in als Eref en waarde als 500e-3 , wat de helft is van de grootte van het spanningsbereik.
    4. Stel de afkapvoorwaarde als volgt in: stel voor voorwaarde-1 Item in als Staptijd, OP als >=, DeltaWaarde als 3:00 en Volgende als Volgende. Dit is het proces voor het stabiliseren van het potentiostat-apparaat.
    5. Stel in stap 2 Besturing in als EIS, Configuratie als PSTAT, Modus als LOG en Bereik als Automatisch. Stel snelheid van initieel (Hz) in als normaal en waarde van initieel (Hz) en midden (Hz) als 1,0000e + 6 , wat de hoogfrequente waarde is en Eindwaarde (Hz) als 10,000e-6, wat de laagfrequente waarde is.
    6. Stel de referentie voor Bias(V) in als Eref en Waarde als 500e-3. Om een lineair responsresultaat te krijgen, stelt u de amplitude (Vrms) in op 10.000e-3. Stel Dichtheid in als 10 en Iteratie als 1.
    7. Klik op Opslaan als om het EIS-analysevolgordebestand op te slaan in een willekeurige map van de computer.

3. Elektrochemische analyse

  1. Bedien het potentiostatapparaat en voer het meetprogramma uit om de CV-, GCD- en EIS-analyses uit te voeren. Vul 100 ml van 2 M H2SO4 waterige elektrolyt in een glazen container (een bekervormige glazen container werd gebruikt).
  2. Voordat u met de meting begint, verbindt u in de potentiostaat de drie soorten lijnen: de werkelektrode (L-WE), de referentie-elektrode (L-RE) en de tegenelektrode (L-CE) op respectievelijk het SUS-gaas, de referentie-elektrode (Ag / AgCl) en de tegenelektrode (Pt-draad) (figuur 6). Sluit de vierde lijn, de werkende sensor (L-WS) aan op de L-WE.
  3. Dek de glazen container af met een dop en dompel de drie elektroden onder in de elektrolyt door een perforatie in de dop. Plaats de elektroden zo dat de WE op een constante afstand tussen de CE en RE wordt gehouden.
  4. Voer het meetprogramma uit en open de voorbereide reeks. Klik op Toepassen op CH om de reeks in het kanaal van de potentiostaat in te voegen. Start de meting door op de knop Start te klikken.

4. Data-analyse

  1. CV data analyse voor het inpassen van de grafiek
    1. Open onbewerkte meetgegevens in het conversieprogramma om de resultaten in spreadsheetindeling te verkrijgen. Klik op de knop Bestand en open de onbewerkte gegevens. Selecteer alle cycli en klik op ASCII exporteren op de werkbalk. Controleer de cyclus, spanning en stroom in kolommen om te exporteren aan de rechterkant van het programma.
    2. Klik op Map maken en klik vervolgens op Exporteren om onbewerkte gegevens naar spreadsheetindeling te converteren.
    3. Open het spreadsheetbestand en extraheer de spannings- en stroomwaarden van de cycli 10, 20, 30, 40 en 50, de laatste cycli bij elke scansnelheid.
    4. Plot de CV-grafiek met de spanning als de X-as en de specifieke stroomdichtheid als de Y-as.
  2. GCD data analyse voor het inpassen van de grafiek
    1. Open onbewerkte meetgegevens in het conversieprogramma om de resultaten in spreadsheetindeling te verkrijgen. Klik op de knop Bestand en open de onbewerkte gegevens. Selecteer alle cycli en klik op ASCII exporteren op de werkbalk. Controleer de cyclus, spanning en cyclustijd in kolommen om te exporteren aan de rechterkant van het programma.
    2. Klik op Map maken en klik vervolgens op Exporteren om onbewerkte gegevens naar spreadsheetindeling te converteren.
    3. Open het spreadsheetbestand en extraheer de spannings- en CycleTime-waarden voor de cycli 10, 20, 30, 40 en 50, de laatste cycli bij elke stroomdichtheid.
    4. Plot de GCD-grafiek met de cyclustijd als de X-as en spanning als de Y-as.
  3. EIS-data-analyse voor het inpassen van de grafiek
    1. Open ruwe meetgegevens in het EIS-programma. Klik op het pictogram Bestand openen en open onbewerkte gegevens en klik op de bestandsnaam die is toegepast om de gedetailleerde gegevens weer te geven.
    2. Extraheer Z' [Ohm] als de X-waarde en Z'' [Ohm] als de Y-waarde en plot de EIS-grafiek.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De elektroden werden vervaardigd volgens protocol stap 1 (figuur 1). Dunne en homogene elektroden werden bevestigd aan SUS-maas met een grootte van 1 cm2 en 0,1-0,2 mm dikte. Na het drogen werd het gewicht van de zuivere elektrode verkregen. De elektrode werd ondergedompeld in een 2 M H2SO4 waterige elektrolyt en de elektrolyt mocht de elektrode voldoende doordringen vóór de elektrochemische analyses. De productievolgorde en systeeminstelling voor de elektroc...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie biedt een protocol voor verschillende analyses met behulp van een drie-elektrode systeem met een potentiostat apparaat. Dit systeem wordt veel gebruikt om de elektrochemische prestaties van supercondensatoren te evalueren. Een geschikte volgorde voor elke analyse (CV, GCD en EIS) is belangrijk voor het verkrijgen van geoptimaliseerde elektrochemische gegevens. Vergeleken met het twee-elektrodesysteem met een eenvoudige opstelling, is het drie-elektrodesysteem gespecialiseerd voor het analyseren van superconde...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door het Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning (KETEP) en het ministerie van Handel, Industrie en Energie (MOTIE) van de Republiek Korea (nr. 20214000000280) en de Chung-Ang University Graduate Research Scholarship 2021.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Aktieve koolGSActief materiaal
Ag/AgCl elektrodeBASiRE-5BReferentie-elektrode
Kolen zwartHyundaiLeidingsmateriaal
ExsiccatorNavimro
Elektrode persmachineRotech
ExtractorWonA TechConverteer programma (ruwe gegevens naar excel-formulier)
Isopropanol (IPA)SamchunI0346Oplosmiddel om het bindmiddel te smelten
Polytetrafluorethyleen (PTFE)HyundaiBindmiddel
PotentiostaatWonA TechZive SP1
Pt elektrodeBASiMW-018122017Tegenelektrode
ReactiekolfDuranContainer voor elektrolyt
SM6WonA TechProgramma van instelsequentie en elektrochemisch resultaat meten
ZwavelzuurSamshunS1423Elektrolyte
SUS-magazijnNavimroStroomcollector
Teflon dopWonA TechDop van de elektrolytcontiner
ZmanWonA TechEIS-programma

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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. Analysis of Battery Lifetime Extension in a Small-Scale Wind-Energy System Using Supercapacitors. IEEE Transactions on Energy Conversion. 28 (1), 24-33 (2013).
  3. Zhang, Z., et al. A high-efficiency energy regenerative shock absorber using supercapacitors for renewable energy applications in range extended electric vehicle. Applied Energy. 178, 177-188 (2016).
  4. Libich, J., Máca, J., Vondrák, J., Čech, O., Sedlaříková, M. Supercapacitors: Properties and Applications. Journal of Energy Storage. 17, 224-227 (2018).
  5. Cheng, Y. Super capacitor applications for renewable energy generation and control in smart grids. 2011 IEEE International Symposium on Industrial Electronics. , 1131-1136 (2011).
  6. Mathis, T. S., et al. Energy Storage Data Reporting in Perspective-Guidelines for Interpreting the Performance of Electrochemical Energy Storage Systems. Advanced Energy Materials. 9 (39), 1902007(2019).
  7. González, A., Goikolea, E., Barrena, J. A., Mysyk, R. Review on supercapacitors: Technologies and materials. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 58, 1189-1206 (2016).
  8. Yang, L., et al. Emergence of melanin-inspired supercapacitors. Nano Today. 37, 101075(2021).
  9. Hendel, S. J., Young, E. R. Introduction to Electrochemistry and the Use of Electrochemistry to Synthesize and Evaluate Catalysts for Water Oxidation and Reduction. Journal of Chemical Education. 93 (11), 1951-1956 (2016).
  10. Licht, F., Aleman Milán, G., Andreas, H. A. Bringing Real-World Energy-Storage Research into a Second-Year Physical-Chemistry Lab Using a MnO2-Based Supercapacitor. Journal of Chemical Education. 95 (11), 2028-2033 (2018).
  11. Jakubowska, A. A Student-Constructed Galvanic Cell for the Measurement of Cell Potentials at Different Temperatures. Journal of Chemical Education. 93 (5), 915-919 (2016).
  12. González-Flores, D., Montero, M. L. An Advanced Experiment for Studying Electron Transfer and Charge Storage on Surfaces Modified with Metallic Complexes. Journal of Chemical Education. 90 (8), 1077-1081 (2013).
  13. Da Silva, L. M., et al. Reviewing the fundamentals of supercapacitors and the difficulties involving the analysis of the electrochemical findings obtained for porous electrode materials. Energy Storage Materials. 27, 555-590 (2020).
  14. Choudhary, Y. S., Jothi, L., Nageswaran, G. Electrochemical Characterization. Spectroscopic Methods for Nanomaterials Characterization. , Elsevier. 19-54 (2017).
  15. Girard, H. -L., Dunn, B., Pilon, L. Simulations and Interpretation of Three-Electrode Cyclic Voltammograms of Pseudocapacitive Electrodes. Electrochimica Acta. 211, 420-429 (2016).
  16. Bard, A. J., Inzelt, G., Scholz, F. Electrochemical Dictionary. , Springer. (2012).
  17. Bard, A. J., Faulkner, L. R. Electrochemical methods: fundamentals and applications. , Wiley. (2000).
  18. Elgrishi, N., et al. A Practical Beginner's Guide to Cyclic Voltammetry. Journal of Chemical Education. 95 (2), 197-206 (2018).
  19. Shiraishi, S., Tanaike, O. Application of Carbon Materials Derived from Fluorocarbons in an Electrochemical Capacitor. Advanced Fluoride-Based Materials for Energy Conversion. , Elsevier. 415-430 (2015).
  20. Inagaki, M., Kang, F. Materials Science and Engineering of Carbon: Fundamentals. , Butterworth-Heinemann Publishing. (2014).
  21. Fleischmann, S., et al. Pseudocapacitance: From Fundamental Understanding to High Power Energy Storage Materials. Chemical Reviews. 120 (14), 6738-6782 (2020).
  22. Miao, Y. -E., Liu, T. Electrospinning: Nanofabrication and Applications. , William Andrew Publishing. 641-669 (2019).
  23. Yin, J., Qi, L., Wang, H. Antifreezing Ag/AgCl reference electrodes: Fabrication and applications. Journal of Electroanalytical Chemistry. 666, 25-31 (2012).
  24. Bard, A. J., Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. , Wiley. New York. (2001).
  25. Wang, W., et al. Electrochemical cells for medium- and large-scale energy storage: fundamentals. Advances in Batteries for Medium and Large-Scale Energy Storage. , Woodhead Publishing. 3-28 (2015).
  26. Mansfeld, F. Use of electrochemical impedance spectroscopy for the study of corrosion protection by polymer coatings. Journal of Applied Electrochemistry. 25 (3), 187-202 (1995).
  27. Murbach, M. D., Hu, V. W., Schwartz, D. T. Nonlinear Electrochemical Impedance Spectroscopy of Lithium-Ion Batteries: Experimental Approach, Analysis, and Initial Findings. Journal of The Electrochemical Society. 165 (11), 2758-2765 (2018).
  28. Macdonald, J. R., Johnson, W. B. Impedance Spectroscopy. , 1-26 (2005).
  29. Chen, S. Handbook of Electrochemistry. , Elsevier. 3-56 (2007).
  30. Xi, S., Zhu, Y., Yang, Y., Jiang, S., Tang, Z. Facile Synthesis of Free-Standing NiO/MnO2 Core-Shell Nanoflakes on Carbon Cloth for Flexible Supercapacitors. Nanoscale Research Letters. 12 (1), 171(2017).
  31. Kim, M., Oh, I., Kim, J. Superior electric double layer capacitors using micro- and mesoporous silicon carbide sphere. Journal of Materials Chemistry A. 3 (7), 3944-3951 (2015).
  32. Stoller, M. D., Ruoff, R. S. Best practice methods for determining an electrode material's performance for ultracapacitors. Energy & Environmental Science. 3 (9), 1294-1301 (2010).
  33. Taberna, P. L., Simon, P., Fauvarque, J. F. Electrochemical Characteristics and Impedance Spectroscopy Studies of Carbon-Carbon Supercapacitors. Journal of The Electrochemical Society. 150 (3), 292(2003).
  34. Yang, I., Kim, S. -G., Kwon, S. H., Kim, M. -S., Jung, J. C. Relationships between pore size and charge transfer resistance of carbon aerogels for organic electric double-layer capacitor electrodes. Electrochimica Acta. 223, 21-30 (2017).
  35. Arulepp, M., et al. Influence of the solvent properties on the characteristics of a double layer capacitor. Journal of Power Sources. 133 (2), 320-328 (2004).
  36. Mei, B. -A., Munteshari, O., Lau, J., Dunn, B., Pilon, L. Physical Interpretations of Nyquist Plots for EDLC Electrodes and Devices. The Journal of Physical Chemistry C. 122 (1), 194-206 (2018).
  37. Nian, Y. -R., Teng, H. Influence of surface oxides on the impedance behavior of carbon-based electrochemical capacitors. Journal of Electroanalytical Chemistry. 540, 119-127 (2003).
  38. Gamby, J., Taberna, P. L., Simon, P., Fauvarque, J. F., Chesneau, M. Studies and characterisations of various activated carbons used for carbon/carbon supercapacitors. Journal of Power Sources. 101 (1), 109-116 (2001).
  39. Coromina, H. M., Adeniran, B., Mokaya, R., Walsh, D. A. Bridging the performance gap between electric double-layer capacitors and batteries with high-energy/high-power carbon nanotube-based electrodes. Journal of Materials Chemistry A. 4 (38), 14586-14594 (2016).
  40. Fang, B., Binder, L. A modified activated carbon aerogel for high-energy storage in electric double layer capacitors. Journal of Power Sources. 163 (1), 616-622 (2006).
  41. Lei, C., et al. Activated carbon from phenolic resin with controlled mesoporosity for an electric double-layer capacitor (EDLC). Journal of Materials Chemistry A. 1 (19), 6037-6042 (2013).
  42. Lewandowski, A., Olejniczak, A., Galinski, M., Stepniak, I. Performance of carbon-carbon supercapacitors based on organic, aqueous and ionic liquid electrolytes. Journal of Power Sources. 195 (17), 5814-5819 (2010).
  43. Dai, Z., Peng, C., Chae, J. H., Ng, K. C., Chen, G. Z. Cell voltage versus electrode potential range in aqueous supercapacitors. Scientific Reports. 5 (1), 9854(2015).
  44. Kang, B., Ceder, G. Battery materials for ultrafast charging and discharging. Nature. 458 (7235), 190-193 (2009).
  45. Ban, C., et al. Nanostructured Fe3O4/SWNT Electrode: Binder-Free and High-Rate Li-Ion Anode. Advanced Materials. 22 (20), 145-149 (2010).
  46. Sun, Y., Hu, X., Luo, W., Xia, F., Huang, Y. Reconstruction of Conformal Nanoscale MnO on Graphene as a High-Capacity and Long-Life Anode Material for Lithium Ion Batteries. Advanced Functional Materials. 23 (19), 2436-2444 (2013).
  47. Lou, X. W., Deng, D., Lee, J. Y., Feng, J., Archer, L. A. Self-Supported Formation of Needlelike Co3O4 Nanotubes and Their Application as Lithium-Ion Battery Electrodes. Advanced Materials. 20 (2), 258-262 (2008).
  48. Chen, L., et al. Electrochemical Stability Window of Polymeric Electrolytes. Chemistry of Materials. 31 (12), 4598-4604 (2019).
  49. Ruschhaupt, P., Pohlmann, S., Varzi, A., Passerini, S. Determining Realistic Electrochemical Stability Windows of Electrolytes for Electrical Double-Layer Capacitors. Batteries & Supercaps. 3 (8), 698-707 (2020).
  50. Kang, J., et al. Extraordinary Supercapacitor Performance of a Multicomponent and Mixed-Valence Oxyhydroxide. Angewandte Chemie International Edition. 54 (28), 8100-8104 (2015).
  51. Pal, B., Yang, S., Ramesh, S., Thangadurai, V., Jose, R. Electrolyte selection for supercapacitive devices: a critical review. Nanoscale Advances. 1 (10), 3807-3835 (2019).
  52. Xie, K., et al. Carbon Nanocages as Supercapacitor Electrode Materials. Advanced Materials. 24 (3), 347-352 (2012).
  53. Demarconnay, L., Raymundo-Piñero, E., Béguin, F. A symmetric carbon/carbon supercapacitor operating at 1.6V by using a neutral aqueous solution. Electrochemistry Communications. 12 (10), 1275-1278 (2010).
  54. Frackowiak, E. Carbon materials for supercapacitor application. Physical Chemistry Chemical Physics. 9 (15), 1774-1785 (2007).
  55. Zhu, X., et al. Sustainable activated carbons from dead ginkgo leaves for supercapacitor electrode active materials. Chemical Engineering Science. 181, 36-45 (2018).
  56. Wang, Y., et al. Study on stability of self-breathing DFMC with EIS method and three-electrode system. International Journal of Hydrogen Energy. 38 (21), 9000-9007 (2013).
  57. Xin, L., Zhang, Z., Qi, J., Chadderdon, D., Li, W. Electrocatalytic oxidation of ethylene glycol (EG) on supported Pt and Au catalysts in alkaline media: Reaction pathway investigation in three-electrode cell and fuel cell reactors. Applied Catalysis B: Environmental. 125, 85-94 (2012).
  58. Fang, X., Kalathil, S., Divitini, G., Wang, Q., Reisner, E. A three-dimensional hybrid electrode with electroactive microbes for efficient electrogenesis and chemical synthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences. 117 (9), 5074(2020).
  59. Armstrong, E., sullivan, M., O'Connell, J., Holmes, J., O'Dwyer, C. 3D Vanadium Oxide Inverse Opal Growth by Electrodeposition. Journal of The Electrochemical Society. 162, 605-612 (2015).
  60. Wu, W. -Y., Zhong, X., Wang, W., Miao, Q., Zhu, J. -J. Flexible PDMS-based three-electrode sensor. Electrochemistry Communications. 12 (11), 1600-1604 (2010).
  61. Shitanda, I., et al. A screen-printed three-electrode-type sticker device with an accurate liquid junction-type reference electrode. Chemical Communications. 57 (23), 2875-2878 (2021).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Three Electrode SystemSupercapacitor EvaluationElectrochemical PropertiesPotentiostat DeviceCyclic VoltammetryGalvanostatic Charge DischargeElectrochemical Impedance SpectroscopySpecific CapacitanceElectrode PreparationEnergy Storage Systems

Related Articles