O protocolo descreve a avaliação de várias propriedades eletroquímicas de supercapacitores usando um sistema de três eletrodos com um dispositivo de potencialiostat.
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Artigo de método
Avaliando as Propriedades Eletroquímicas dos Supercapacitores utilizando o Sistema de Três Eletrodos
Neste artigo
Resumo
Resumo
O sistema de três eletrodos é uma plataforma analítica básica e geral para investigar o desempenho eletroquímico e características dos sistemas de armazenamento de energia no nível do material. Os supercapacitores são um dos sistemas de armazenamento de energia emergentes mais importantes desenvolvidos na última década. Aqui, o desempenho eletroquímico de um supercapacitor foi avaliado usando um sistema de três eletrodos com um dispositivo de potencialiostat. O sistema de três eletrodos consistia em eletrodo de trabalho (WE), eletrodo de referência (RE) e contra eletrodo (CE). O WE é o eletrodo onde o potencial é controlado e a corrente é medida, e é alvo de pesquisa. O RE atua como referência para medir e controlar o potencial do sistema, e o CE é usado para completar o circuito fechado para permitir medições eletroquímicas. Este sistema fornece resultados analíticos precisos para avaliação de parâmetros eletroquímicos, como a capacitância específica, estabilidade e impedância através de voltametria cíclica (CV), descarga de carga galvanática (GCD) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). Vários protocolos experimentais de design são propostos controlando os valores dos parâmetros da sequência ao usar um sistema de três eletrodos com um dispositivo de potencialiostat para avaliar o desempenho eletroquímico dos supercapacitores. Através desses protocolos, o pesquisador pode criar um sistema de três eletrodos para obter resultados eletroquímicos razoáveis para avaliar o desempenho dos supercapacitores.
Introdução
Supercapacitores têm atraído enorme atenção como fontes de energia adequadas para uma variedade de aplicações, como dispositivos microeletrônicos, veículos elétricos (EVs) e sistemas estacionários de armazenamento de energia. Nas aplicações EV, os supercapacitores podem ser usados para aceleração rápida e podem permitir o armazenamento de energia regenerativa durante os processos de desaceleração e frenagem. Em campos de energia renovável, como a geraçãode energia solar 1 e a geração de energia eólica2, os supercapacitores podem ser usados como sistemas estacionários de armazenamento de energia 3,4
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Protocolo
1. Fabricação de eletrodo e supercapacitor (Figura 1)
- Prepare os eletrodos antes da análise eletroquímica combinando 80 pesos (wt)% do material ativo do eletrodo (0,8 g de carbono ativado), 10 wt% do material condutor (0,1 g de carbono preto) e 10 wt% do aglutinante (0,1 g de politetrafluoroetileno (PTFE)).
- Solte isopropanol (IPA; 0,1-0,2 mL) na mistura acima mencionada e, em seguida, espalhe a mistura finamente em uma massa com um rolo.
- Antes de fixar o eletrodo na malha de aço inoxidável (SUS), corte a malha sus em dimensões de 1,5 cm (largura) × 5 cm (compriment....
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Resultados
Os eletrodos foram fabricados de acordo com o protocolo passo 1 (Figura 1). Eletrodos finos e homogêneos foram anexados à malha SUS com tamanho de 1 cm2 e 0,1-0,2 mm de espessura. Após a secagem, o peso do eletrodo puro foi obtido. O eletrodo foi imerso em um eletrólito aquoso 2 M H2SO4, e o eletrólito foi permitido permear suficientemente o eletrodo antes das análises eletroquímicas. A sequência de produção e a configuração do sistema para as medições eletro.......
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Discussão
Este estudo fornece um protocolo para várias análises usando um sistema de três eletrodos com um dispositivo de potencialiostat. Este sistema é amplamente utilizado para avaliar o desempenho eletroquímico dos supercapacitores. Uma sequência adequada para cada análise (CV, GCD e EIS) é importante para a obtenção de dados eletroquímicos otimizados. Comparado com o sistema de dois eletrodos com uma configuração simples, o sistema de três eletrodos é especializado para analisar supercapacitores no nível do material
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Divulgações
Os autores não têm nada a revelar.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado pelo Instituto de Avaliação e Planejamento de Tecnologia energética da Coreia (KETEP) e pelo Ministério do Comércio, Indústria & Energia (MOTIE) da República da Coreia (No. 20214000000280), e pela Bolsa de Pós-Graduação em Pesquisa da Universidade de Chung-Ang 2021.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Carvão ativado | GS | Material ativo | |
| Eletrodo Ag/AgCl | BASi | RE-5B | Eletrodo de referência |
| Preto de fumo | Hyundai | Material condutor | |
| Dessecador | Navimro | ||
| Máquina de prensagem de eletrodo | Rotech | ||
| Extrator | WonA Tech | Converter programa (dados brutos para forma excel) | |
| Isopropanol (IPA) | Samchun | I0346 | Solvente para derreter o aglutinante |
| Politetrafluoretileno (PTFE) | Hyundai | Binder | |
| Potenciostato | WonA Tech | Zive SP1 | |
| Pt eletrodo | BASi | MW-018122017 | Contra-eletrodo |
| Balão de reação | Duran | Container para eletrólito | |
| SM6 | WonA Tech | Programa de ajuste de sequência e medição de resultado eletroquímico | |
| Ácido sulfúrico | Samshun | S1423 | Malha SUS de eletrólito |
| Navimro | Coletor de corrente | ||
| Tampa de teflon | WonA Tech | Cap do continer de eletrólitos | |
| Zman | WonA Tech | Programa EIS |
Referências
- 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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Reimpressões e permissões
