P(VdF-co-HfP)/PVP를 이용한 유기계 EDLC용 활성탄 전극의 전기화학적 특성 Electrochemical characteristics of activated carbon electrode combined with P(VdF-co-HfP)/PVP using organic electrolyte for EDLC원문보기
전기이중층 커패시터(EDLC)는 충·방전시 높은 동력밀도를 나타내는 전기 에너지 축전장치로서 종래 2차전지와 비교하여 충전속도가 빠르며, 충·방전 사이클이 반영구적이다. 본 연구의 목적은 활성탄에 전도성개량제를 첨가한 후 결합제를 사용하여 전극을 제조하여 낮은 내부저항, 높은 비정전용량 및 높은 ...
전기이중층 커패시터(EDLC)는 충·방전시 높은 동력밀도를 나타내는 전기 에너지 축전장치로서 종래 2차전지와 비교하여 충전속도가 빠르며, 충·방전 사이클이 반영구적이다. 본 연구의 목적은 활성탄에 전도성개량제를 첨가한 후 결합제를 사용하여 전극을 제조하여 낮은 내부저항, 높은 비정전용량 및 높은 에너지밀도를 갖는 단위셀을 제작하는 것이며 또한 단위셀의 최적특성을 고려하여 정전대비 보조전원 및 엔진시동용으로 상용 가능한 2.3 V/230 F급과 2.3 V/1,000급 대용량 EDLC를 제작하는 것이다. 분말상태의 활성탄(BP-20, YP-17)에 전도성 개량제(Ppy, Super P, VGCF 및 AB)를 혼합하고 결합제로 전극의 유연성을 갖게 하는 P(VdF-co-HFP)와 전극의 기계적 강도를 높이기 위하여 가교 결합력이 우수하고 환경친화적인 분산제인 PVP를 사용하여 전극을 제조하였다. 집전체로 AI etching foil을 이용하였고, 격리막은 평판형태의 Celgard 3501^�을 사용하여 1.0 N Et₄NBF₄/GBL 전해액을 함침시켜 단위셀을 제작하였다. 단위셀 전극 제조에서 활성탄(BP-20), 전도성 개량제(Ppy, Super P)및 혼합결합제[P(VdF-co-HFP)/PVP]의 비율이 90 : 5 : 5 wt.%인 경우 전기화학적 특성이 가장 우수하였다. Ppy를 첨가한 경우 단위셀의 전기화학적 특성은 비정전용량 37.6 F/g, AC-ESR 0.98 Ω, 에너지밀도 2.92 Wh/kg와 6.05 Wh/L 및 최대동력밀도 754 W/kg, 1.562 W/L이었다. 그리고 전도성개량제를 첨가함으로써 전기전도도 향상과 충진밀도를 높여 내부저항이 감소됨을 확인할 수 있었으며, 이 때 전도성개량제의 함량은 4~6 wt.% 범위가 적당하였다. 엄피던스 측정결과 전도성개량제를 첨가한 경우 등가직렬저항(AC-ESR)이 작아지며, 전극과 전해질의 계면에서 전하전이속도가 빠르고 RC 시간상수가 작아져 전류가 정상상태에 빨리 도달하여 급속충전이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 또한 용량-전압곡선에서의 수평부분과 주사속도를 비교하면, 정전용량은 활성탄의 흡·탈착에 의한 비패러데이 용량과 전도성개량제의 산화·환원에 의한 부분적 패러데이 용량이 복합적으로 나타나는 것을 알 수 있었다. 전도성개량제가 첨가된 경우 단위셀의 자기방전은 이온흡착에 의하여 충전되는 EDLC의 특성상 초기 전해액 내 이온의 농도차에 의하여 지배적이었고, 전기이중층의 손실에 의한 자기방전은 전극물질에 상관없이 일정하였다. 대용량 EDLC는 단위셀에 비하여 비정전용량은 감소하였지만 방전전류에 상관없이 IR drop에 의한 DC-ESR 값이 일정하기 때문에 산업적인 용도에 적용할 수 있다고 판단되었다. 이 때 2.3 V/230 F급 EDLC의 DC-ESR은 1 A로 방전시 64.5 mΩ, 비정전용량 29.0 F/g, 에너지밀도 6.18 Wh/L 및 최대동력밀도 1,007 W/L이었다. 그리고 2.3 V/1,000 F급 EDLC의 DC-ESR은 10 A로 방전시 1.8 mΩ, 비정전용량 26.5 F/g, 에너지밀도 5.81 W/L, 최대동력밀도 6,713 kw/L이었으며, 커패시터의 저렴하고 가벼운 외장재를 선택한다면 정전대비 보조전원 및 엔진시동용으로 상용화가 가능할 것으로 판단되었다.
전기이중층 커패시터(EDLC)는 충·방전시 높은 동력밀도를 나타내는 전기 에너지 축전장치로서 종래 2차전지와 비교하여 충전속도가 빠르며, 충·방전 사이클이 반영구적이다. 본 연구의 목적은 활성탄에 전도성개량제를 첨가한 후 결합제를 사용하여 전극을 제조하여 낮은 내부저항, 높은 비정전용량 및 높은 에너지밀도를 갖는 단위셀을 제작하는 것이며 또한 단위셀의 최적특성을 고려하여 정전대비 보조전원 및 엔진시동용으로 상용 가능한 2.3 V/230 F급과 2.3 V/1,000급 대용량 EDLC를 제작하는 것이다. 분말상태의 활성탄(BP-20, YP-17)에 전도성 개량제(Ppy, Super P, VGCF 및 AB)를 혼합하고 결합제로 전극의 유연성을 갖게 하는 P(VdF-co-HFP)와 전극의 기계적 강도를 높이기 위하여 가교 결합력이 우수하고 환경친화적인 분산제인 PVP를 사용하여 전극을 제조하였다. 집전체로 AI etching foil을 이용하였고, 격리막은 평판형태의 Celgard 3501^�을 사용하여 1.0 N Et₄NBF₄/GBL 전해액을 함침시켜 단위셀을 제작하였다. 단위셀 전극 제조에서 활성탄(BP-20), 전도성 개량제(Ppy, Super P)및 혼합결합제[P(VdF-co-HFP)/PVP]의 비율이 90 : 5 : 5 wt.%인 경우 전기화학적 특성이 가장 우수하였다. Ppy를 첨가한 경우 단위셀의 전기화학적 특성은 비정전용량 37.6 F/g, AC-ESR 0.98 Ω, 에너지밀도 2.92 Wh/kg와 6.05 Wh/L 및 최대동력밀도 754 W/kg, 1.562 W/L이었다. 그리고 전도성개량제를 첨가함으로써 전기전도도 향상과 충진밀도를 높여 내부저항이 감소됨을 확인할 수 있었으며, 이 때 전도성개량제의 함량은 4~6 wt.% 범위가 적당하였다. 엄피던스 측정결과 전도성개량제를 첨가한 경우 등가직렬저항(AC-ESR)이 작아지며, 전극과 전해질의 계면에서 전하전이속도가 빠르고 RC 시간상수가 작아져 전류가 정상상태에 빨리 도달하여 급속충전이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 또한 용량-전압곡선에서의 수평부분과 주사속도를 비교하면, 정전용량은 활성탄의 흡·탈착에 의한 비패러데이 용량과 전도성개량제의 산화·환원에 의한 부분적 패러데이 용량이 복합적으로 나타나는 것을 알 수 있었다. 전도성개량제가 첨가된 경우 단위셀의 자기방전은 이온흡착에 의하여 충전되는 EDLC의 특성상 초기 전해액 내 이온의 농도차에 의하여 지배적이었고, 전기이중층의 손실에 의한 자기방전은 전극물질에 상관없이 일정하였다. 대용량 EDLC는 단위셀에 비하여 비정전용량은 감소하였지만 방전전류에 상관없이 IR drop에 의한 DC-ESR 값이 일정하기 때문에 산업적인 용도에 적용할 수 있다고 판단되었다. 이 때 2.3 V/230 F급 EDLC의 DC-ESR은 1 A로 방전시 64.5 mΩ, 비정전용량 29.0 F/g, 에너지밀도 6.18 Wh/L 및 최대동력밀도 1,007 W/L이었다. 그리고 2.3 V/1,000 F급 EDLC의 DC-ESR은 10 A로 방전시 1.8 mΩ, 비정전용량 26.5 F/g, 에너지밀도 5.81 W/L, 최대동력밀도 6,713 kw/L이었으며, 커패시터의 저렴하고 가벼운 외장재를 선택한다면 정전대비 보조전원 및 엔진시동용으로 상용화가 가능할 것으로 판단되었다.
The electrical double layer capacitor(EDLC) is perceived as electrical energy storage systems that can offer high power-density in charging and discharging, fast charge rate, and semi-permanent cyclic lifes, compared with conventional secondary batteries. The objective of this study is to fabricate ...
The electrical double layer capacitor(EDLC) is perceived as electrical energy storage systems that can offer high power-density in charging and discharging, fast charge rate, and semi-permanent cyclic lifes, compared with conventional secondary batteries. The objective of this study is to fabricate a unit cell with good electrochemical characteristics such as high specific capacitance, low internal resistance, and high energy density by applying the electrodes made from a mixture of activated carbon, binder and conducting agent. Also, high capacitance EDLC of 2.3 V/230 F and 2.3 V/1,000 F grade applicable to industrial uses such as uninterrupted power supply and engine starter were fabricated in the light of optimum characteristics of the unit cells. Electrodes were fabricated by mixing activated carbon powder such as BP-20 and YP-17, conducting agent such as Ppy, Super P, VGCF and AB, binder such as P(VdF-co-HFP) and PVP. P(VdF-co-HFP) binder endowed the electrode with great flexibility and PVP binder played as an environmentally favorable dispersion agent, and excellent cross-link agent showing increased mechanical strength. GBL solutions containing 1.0 N Et₄NBF₄ was impregnated into the pores of electrodes as electrolyte. Aletching foil and Celgard 3501^� sheet were used as current collector and separator respectively. In the electrode fabrication of unit cell, we found that optimal the electrochemical characteristics were obtained with at 90 wt.% of activated carbon(BP-20), 5 wt.% of conducting agent(Ppy, Super P) and 5 wt.% of P(VdF-co-HFP)/PVP mixed binder. The electrochemical characteristics of unit cell with Ppy improver were as follows : 37.6 F/g of specific capacitance, 0.98 Ω of AC-ESR, 2.92 Wh/kg and 6.05 Wh/L of energy density, and 754 W/kg and 1,562 W/L of power density. It was confirmed that internal resistance were reduced due to the increase of electrical conductivity and filling density by the introduction of conductivity agent, and content of conducting agent was suitable in the range of 4~6 wt.%. According to the impedance measurement of the electrode with conductivity agent, we found that it was possible to charge rapidly by the fast steady-state current convergence due to low equivalent series resistance(AC-ESR), fast charge transfer rate at interface between electrode and electrolyte, and low RC time constant. It was also concluded that the specific capacitance originated from the compound phenomena of the faradaic capacitance by oxidation and reduction of conducting agent and the non-faradaic capacitance by adsorption-desorption of activated carbon, as compared with the plateau portion of capacitance vs. voltage curve and scan the rate. The self-discharge of unit cell was controlled by the ion concentration difference of initial electrolyte due to the characteristics of EDLC charged by ion adsorption but the self-discharge ratio due to the loss of electric double layer was constant regardless of electrode materials. We found that the high capacitance EDLC would be applied to industrial usage showing the constant DC-ESR by IR drop regardless of discharge current, although the specific capacitance was decreased as compared with that of unit cell. The electrochemical characteristics of 2.3 V/230 F grade EDLC were as follows : 64.5 mΩ of DC-ESR(1 A discharge), 29.0 F/g of specfic capacitance, 6.18 Wh/L of energy density, and 1,007 W/L of maximum power density. In the case of 2.3 V/1,000 F grade EDLC, the values were as follows : 1.8 mΩ of DC-ESR(10 A discharge), 26.5 F/g of specfic capacitance, 5.81 Wh/L of energy density, and 6,713 W/L of maximum power density. In conclusion, we found that it was possible to apply the EDLC commercially for uninterrupted power supply and engine starter if cheap and light packing material was selected.
The electrical double layer capacitor(EDLC) is perceived as electrical energy storage systems that can offer high power-density in charging and discharging, fast charge rate, and semi-permanent cyclic lifes, compared with conventional secondary batteries. The objective of this study is to fabricate a unit cell with good electrochemical characteristics such as high specific capacitance, low internal resistance, and high energy density by applying the electrodes made from a mixture of activated carbon, binder and conducting agent. Also, high capacitance EDLC of 2.3 V/230 F and 2.3 V/1,000 F grade applicable to industrial uses such as uninterrupted power supply and engine starter were fabricated in the light of optimum characteristics of the unit cells. Electrodes were fabricated by mixing activated carbon powder such as BP-20 and YP-17, conducting agent such as Ppy, Super P, VGCF and AB, binder such as P(VdF-co-HFP) and PVP. P(VdF-co-HFP) binder endowed the electrode with great flexibility and PVP binder played as an environmentally favorable dispersion agent, and excellent cross-link agent showing increased mechanical strength. GBL solutions containing 1.0 N Et₄NBF₄ was impregnated into the pores of electrodes as electrolyte. Aletching foil and Celgard 3501^� sheet were used as current collector and separator respectively. In the electrode fabrication of unit cell, we found that optimal the electrochemical characteristics were obtained with at 90 wt.% of activated carbon(BP-20), 5 wt.% of conducting agent(Ppy, Super P) and 5 wt.% of P(VdF-co-HFP)/PVP mixed binder. The electrochemical characteristics of unit cell with Ppy improver were as follows : 37.6 F/g of specific capacitance, 0.98 Ω of AC-ESR, 2.92 Wh/kg and 6.05 Wh/L of energy density, and 754 W/kg and 1,562 W/L of power density. It was confirmed that internal resistance were reduced due to the increase of electrical conductivity and filling density by the introduction of conductivity agent, and content of conducting agent was suitable in the range of 4~6 wt.%. According to the impedance measurement of the electrode with conductivity agent, we found that it was possible to charge rapidly by the fast steady-state current convergence due to low equivalent series resistance(AC-ESR), fast charge transfer rate at interface between electrode and electrolyte, and low RC time constant. It was also concluded that the specific capacitance originated from the compound phenomena of the faradaic capacitance by oxidation and reduction of conducting agent and the non-faradaic capacitance by adsorption-desorption of activated carbon, as compared with the plateau portion of capacitance vs. voltage curve and scan the rate. The self-discharge of unit cell was controlled by the ion concentration difference of initial electrolyte due to the characteristics of EDLC charged by ion adsorption but the self-discharge ratio due to the loss of electric double layer was constant regardless of electrode materials. We found that the high capacitance EDLC would be applied to industrial usage showing the constant DC-ESR by IR drop regardless of discharge current, although the specific capacitance was decreased as compared with that of unit cell. The electrochemical characteristics of 2.3 V/230 F grade EDLC were as follows : 64.5 mΩ of DC-ESR(1 A discharge), 29.0 F/g of specfic capacitance, 6.18 Wh/L of energy density, and 1,007 W/L of maximum power density. In the case of 2.3 V/1,000 F grade EDLC, the values were as follows : 1.8 mΩ of DC-ESR(10 A discharge), 26.5 F/g of specfic capacitance, 5.81 Wh/L of energy density, and 6,713 W/L of maximum power density. In conclusion, we found that it was possible to apply the EDLC commercially for uninterrupted power supply and engine starter if cheap and light packing material was selected.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.