Autores
Entre em contato

Entrar

É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.

Neste Artigo

  • Resumo
  • Resumo
  • Introdução
  • Protocolo
  • Resultados
  • Discussão
  • Divulgações
  • Agradecimentos
  • Materiais
  • Referências
  • Reimpressões e Permissões

Resumo

O protocolo descreve a avaliação de várias propriedades eletroquímicas de supercapacitores usando um sistema de três eletrodos com um dispositivo de potencialiostat.

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. A geração de energia renovável é limitada pela natureza flutuante e intermitente desses suprimentos de energia; portanto, é necessário um sistema de armazenamento de energia que possa responder imediatamente durante a geração irregular de energia5. Os supercapacitores, que armazenam energia através de mecanismos que diferem dos das baterias de íons de lítio, exibem alta densidade de potência, desempenho de ciclo estável e descarga rápidade carga 6. Dependendo do mecanismo de armazenamento, os supercapacitores podem ser distinguidos em capacitores de dupla camada (EDLCs) e pseudocapacitores7. Os EDLCs acumulam carga eletrostática na superfície do eletrodo. Portanto, a capacitância é determinada pela quantidade de carga, que é afetada pela área superficial e estrutura porosa dos materiais eletrodos. Em contrapartida, os pseudocapacitores, que consistem na condução de polímeros e materiais de óxido de metal, armazenam a carga através de um processo de reação faradaica. As diversas propriedades eletroquímicas dos supercapacitores estão relacionadas aos materiais de eletrodos, e o desenvolvimento de novos materiais eletrodos é a principal questão na melhoria do desempenho dos supercapacitores8. Por isso, avaliar as propriedades eletroquímicas desses novos materiais ou sistemas é importante no progresso da pesquisa e de outras aplicações na vida real. Nesse sentido, a avaliação eletroquímica utilizando um sistema de três eletrodos é o método mais básico e amplamente utilizado na pesquisa em escala laboratorial de sistemas de armazenamento de energia 9,10,11,12,13.

O sistema de três eletrodos é uma abordagem simples e confiável para avaliar as propriedades eletroquímicas, como a capacitância específica, resistência, condutividade e vida ciclo de supercapacitores14. O sistema oferece o benefício de viabilizar a análise das características eletroquímicas dos materiais únicos15, o que contrasta com o sistema de dois eletrodos, onde as características podem ser estudadas através da análise do material dado. O sistema de dois eletrodos só dá informações sobre a reação entre dois eletrodos. É adequado para analisar as propriedades eletroquímicas de todo o sistema de armazenamento de energia. O potencial do eletrodo não é fixo. Portanto, não se sabe em que tensão a reação ocorre. No entanto, o sistema de três eletrodos analisa apenas um eletrodo com potencial de fixação que pode realizar uma análise detalhada do único eletrodo. Portanto, o sistema é direcionado para analisar o desempenho específico no nível do material. O sistema de três eletrodos consiste em um eletrodo de trabalho (WE), eletrodo de referência (RE) e contra-eletrodo (CE)16,17. O WE é alvo de pesquisa, avaliação, pois realiza a reação eletroquímica de interesse18 e é composto por um material redox que é de interesse potencial. No caso dos EDLCs, utilizar materiais de área de superfície elevada é a principal questão. Portanto, são preferidosmateriais porosos com área de superfície elevada e microporos, como carbono poroso, grafeno e nanotubos. O carbono ativado é o material mais comum para EDLCs devido à sua área específica (>1000 m2/g) e muitos microporos. Pseudocapacitores são fabricados com materiais que podem sofrer uma reação faradaica21. Óxidos metálicos (RuOx, MnOx, etc.) e polímeros condutores (PANI, PPy, etc.) são comumente usados22. O RE e o CE são utilizados para analisar as propriedades eletroquímicas do WE. O RE serve como referência para medir e controlar o potencial do sistema; o eletrodo de hidrogênio normal (NHE) e Ag/AgCl (KCl saturado) são geralmente escolhidos como o RE23. O CE é emparelhado com o WE e completa o circuito elétrico para permitir a transferência de carga. Para o CE, são utilizados materiais eletroquimicamente inertes, como platina (Pt) e ouro (Au)24. Todos os componentes do sistema de três eletrodos estão conectados a um dispositivo de potencialiostat, que controla o potencial de todo o circuito.

Voltametria cíclica (CV), descarga de carga galvanática (GCD) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) são métodos analíticos típicos que usam um sistema de três eletrodos. Várias características eletroquímicas dos supercapacitores podem ser avaliadas usando esses métodos. CV é o método eletroquímico básico utilizado para investigar o comportamento eletroquímico (coeficiente de transferência de elétrons, reversível ou irreversível, etc.) e propriedades capacitivas do material durante repetidos processos de redox14,24. O enredo cv mostra picos de redox relacionados à redução e oxidação do material. Por meio dessas informações, os pesquisadores podem avaliar o desempenho do eletrodo e determinar o potencial onde o material é reduzido e oxidado. Além disso, através da análise cv, é possível determinar a quantidade de carga que o material ou eletrodo pode armazenar. A carga total é uma função do potencial, e a capacitância pode ser facilmente calculada 6,18. A capacitância é a principal questão em supercapacitores. Uma maior capacitância representa a capacidade de armazenar mais carga. Os EDLCs dão origem a padrões de CV retangulares com linhas lineares para que a capacitância do eletrodo possa ser calculada facilmente. Pseudocapacitores apresentam picos redox em parcelas retangulares. Com base nessas informações, os pesquisadores podem avaliar as propriedades eletroquímicas dos materiais utilizando medições cv18.

GCD é um método comumente empregado para identificar a estabilidade do ciclo de um eletrodo. Para uso a longo prazo, a estabilidade do ciclo deve ser verificada em uma densidade de corrente constante. Cada ciclo consiste nas etapas de descargade carga 14. Os pesquisadores podem determinar a estabilidade do ciclo através de variações no gráfico de descarga de carga, retenção específica de capacitância e eficiência coulombíbica. Os EDLCs dão origem a um padrão linear; assim, a capacitância específica do eletrodo pode ser calculada facilmente utilizando a inclinação da curva de descarga6. No entanto, pseudocapacitores exibem um padrão não linear. A inclinação de descarga varia durante o processo de descarga7. Além disso, a resistência interna pode ser analisada através da queda da resistência atual (IR), que é a queda potencial devido à resistência 6,25.

O EIS é um método útil para identificar a impedância de sistemas de armazenamento de energia sem a destruição da amostra26. A impedância pode ser calculada aplicando uma tensão sinusoidal e determinando o ângulo de fase14. A impedância também é uma função da frequência. Portanto, o espectro EIS é adquirido ao longo de uma gama de frequências. Em altas frequências, fatores cinéticos como a resistência interna e transferência de carga são operacionais24,27. Em baixas frequências, o fator de difusão e a impedância de Warburg podem ser detectados, que estão relacionados à transferência de massa e termodinâmica 24,27. O EIS é uma ferramenta poderosa para analisar as propriedades cinéticas e termodinâmicas de um material ao mesmo tempo28. Este estudo descreve os protocolos de análise para avaliação do desempenho eletroquímico dos supercapacitores utilizando um sistema de três eletrodos.

Protocolo

1. Fabricação de eletrodo e supercapacitor (Figura 1)

  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)).
    1. 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.
  2. Antes de fixar o eletrodo na malha de aço inoxidável (SUS), corte a malha sus em dimensões de 1,5 cm (largura) × 5 cm (comprimento). Depois de pesar a malha SUS, cubra o eletrodo (1 cm2) com uma espessura de 0,1-0,2 mm em uma malha SUS e comprime-o com uma máquina de prensagem de eletrodos. Aqui, a faixa de massa do eletrodo foi de 0,001-0,003 g.
  3. Seque o eletrodo supercapacitor montado em um forno a 80 °C por cerca de 1 dia para evaporar o IPA.
  4. Pesar a malha SUS para obter o peso do eletrodo e, em seguida, imergir a malha no eletrólito (solução aquosa 2 M H2SO4 ).
  5. Coloque a malha SUS em um dessecador para remover bolhas de ar na superfície do eletrodo supercapacitor.

2. Elaboração de arquivo de sequência para análise eletroquímica

  1. Configurações de sequência cv para obter os resultados da análise.
    1. Execute o programa de medição de potencialiostat para definir o arquivo de sequência de experimento de medição (Figura 2A).
    2. Clique no botão Experimentar na barra de ferramentas e vá para Sequence File Editor > Novo ou clique no botão Nova sequência (Figura 2B). Clique no botão Adicionar para adicionar uma etapa de sequência (Figura 3A).
    3. Em cada passo, defina Controle como Varredura, Configuração como PSTAT, Modo como CYCLIC e Range como Auto. Defina a referência para inicial(V) e middle(V) como Eref e coloque -200e-3 no Valor. Defina a referência para final(V) como Eref e coloque 800e-3 no Valor.
    4. A taxa de varredura de tensão é definida como o valor desejado pelo usuário. Aqui, a taxa de digitalização foi definida para 10 mV/s. Coloque o valor em Scanrate(V/s) como 10.0000e-3. Copie o passo 1 e clique em Colar[Dn] para colá-lo para passo-2~5. Altere o valor do Scanrate(V/s) para 20.000e-3, 30.000e-3, 50.000e-3 e 100.00e-3, respectivamente.
    5. Definir tempo de silêncio(s) como 0 e Segmentos como o número 2n+1 onde n é o número de ciclos. Aqui, 21 foram aplicados para 10 ciclos.
    6. Condição de corte de configuração da seguinte: para Condição-1 definir Item como Step End e Ir a seguir como Próximo.
    7. Na seção Configuração diversas de controle , na guia Amostragem , definir Item como Times(s), OP como >=, e DeltaValue como 0,333333 (passo-1), 0,166666 ( passo-2), 0,111111 (passo-3), 0,06667 (passo-4) e 0,03333 (passo-5) para cada taxa de varredura. Este é o intervalo de tempo para o registro dos dados.
    8. Clique em Salvar Como salvar o arquivo de sequência de análise de CV em qualquer pasta do computador.
  2. Configurações de sequência GCD para obter os resultados da análise
    1. Execute o programa de medição de potencialiostat para definir o arquivo de sequência de experimento de medição (Figura 2A).
    2. Clique no botão Experimentar na barra de ferramentas e vá para Sequence File Editor > Novo ou clique no botão Nova sequência (Figura 2B). Clique no botão Adicionar para adicionar uma etapa de sequência (Figura 4A,B).
    3. No Passo 1, defina Controle como CONSTANTE, Configuração como GSTAT, Modo como NORMAL e Intervalo como Automático. Defina a referência para corrente(A) como ZERO. Quando a massa do eletrodo for de 0,00235 g, defina o Valor como 1,8618e-3 , o que significa que a densidade atual é de 1 A/g.
    4. Condição de corte de configuração da a seguir: para Condição 1 definido Item como tensão, OP como >=, DeltaValue como 800e-3 e Go Next como Next.
    5. Defina o seguinte na seção de configuração de controladores diversos : na guia Amostragem , defina Item como Times(s), OP como >=e DeltaValue como 0.1.
    6. No Passo-2, cada conjunto é o mesmo do Passo-1, exceto o valor definido de Corrente(A) como o valor negativo do Passo-1 (-1,8618e-3). Definir condição-1 da seguinte forma: Item como Tensão, OP como <=, DeltaValue como -200e-3 e Go Next as Next.
    7. No Passo-3, defina Controle como LOOP, Configuração como CICLO e set List-1 em Condição-1 de Condição de Corte como Loop Next, Vá para o próximo como Passo-1 e defina Lista-2 como Step End e Vá para a próxima como Próximo. Defina o valor de Iteração como 10 , que é o número de ciclos repetitivos.
    8. Passo-1, passo 2 e passo 3 formam um único loop. Copie e cole-os após o passo 4 e altere o valor da Corrente (A) para 3,7236e-3, 5,5855e-3, 9,3091e-3, ou 18.618e-3, calculadas para várias densidades atuais de 2,3,5 e 10 A/g.
    9. Clique em Salvar Como salvar o arquivo de sequência de análise GCD em qualquer pasta do computador.
  3. Configurações de sequência do EIS para obter os resultados da análise
    1. Execute o programa de medição de potencialiostat para definir o arquivo de sequência de experimento de medição (Figura 2A).
    2. Clique no botão Experimentar na barra de ferramentas e vá para Sequence File Editor > Novo ou clique no botão Nova sequência (Figura 2B). Clique no botão Adicionar para adicionar uma etapa de sequência (Figura 5A,B).
    3. No Passo-1, defina Control como CONSTANTE, Configuração como PSTAT, Modo como TIMER STOP e Range como Auto. Defina a referência para tensão(V) como Eref e Valor como 500e-3 , que é metade do tamanho da faixa de tensão.
    4. Condição de corte de configuração da seguinte forma: para Condição-1 definido Item como hora de passo, OP como >=, DeltaValue como 3:00 e Go Next como Next. Este é o processo para estabilizar o dispositivo de potencialiostat.
    5. No Passo 2, defina Controle como EIS, Configuração como PSTAT, Modo como LOG e Range como Auto. Definir velocidade inicial (Hz) como Normal e valor de Inicial (Hz) e Médio (Hz) como 1.0000e+6 que é o valor de alta frequência e Final (Hz) como 10.000e-6, que é o valor de baixa frequência.
    6. Defina a referência para viés(V) como Eref e Valor como 500e-3. Para obter um resultado de resposta linear, defina a amplitude (Vrms) como 10.000e-3. Definir densidade como 10 e Iteração como 1.
    7. Clique em Salvar para salvar o arquivo de sequência de análise do EIS em qualquer pasta do computador.

3. Análise eletroquímica

  1. Opere o dispositivo de potencialiostat e execute o programa de medição para realizar as análises CV, GCD e EIS. Encha 100 mL de 2 M H2SO4 eletrólito aquoso em um recipiente de vidro (foi utilizado um recipiente de vidro em forma de béquer).
  2. Antes de iniciar a medição, no potencialiostat, conecte os três tipos de linhas: o eletrodo de trabalho (L-WE), o eletrodo de referência (L-RE) e o eletrodo de contador (L-CE), à malha SUS, eletrodo de referência (Ag/AgCl) e contra-eletrodo (fio Pt), respectivamente (Figura 6). Conecte a quarta linha, o sensor de trabalho (L-WS) ao L-WE.
  3. Cubra o recipiente de vidro com uma tampa e mergulhe os três eletrodos no eletrólito através de uma perfuração na tampa. Posicione os eletrodos para que o WE seja mantido a uma distância constante entre o CE e o RE.
  4. Execute o programa de medição e abra a sequência preparada. Clique em Aplicar ao CH para inserir a sequência no canal do potencialiostat. Inicie a medição clicando no botão Iniciar .

4. Análise de dados

  1. Análise de dados CV para montagem do gráfico
    1. Abra dados de medição bruta no programa de conversão para obter os resultados em formato de planilha. Clique no botão Arquivo e abra os dados brutos. Selecione todos os ciclos e clique em Exportar ASCII na barra de ferramentas. Verifique o Ciclo, Tensão e Corrente em Colunas para Exportar no lado direito do programa.
    2. Clique em Criar Diretório e, em seguida, clique em Exportar para converter dados brutos em formato de planilha.
    3. Abra o arquivo da planilha e extraia os valores de tensão e corrente dos ciclos 10, 20, 30, 40 e 50, que são os últimos ciclos em cada taxa de varredura.
    4. Plote o gráfico CV com a tensão como o eixo X e a densidade de corrente específica como o eixo Y.
  2. Análise de dados GCD para montagem do gráfico
    1. Abra dados de medição bruta no programa de conversão para obter os resultados em formato de planilha. Clique no botão Arquivo e abra os dados brutos. Selecione todos os ciclos e clique em Exportar ASCII na barra de ferramentas. Verifique o Ciclo, tensão e CycleTime em Colunas para Exportar no lado direito do programa.
    2. Clique em Criar Diretório e, em seguida, clique em Exportar para converter dados brutos em formato de planilha.
    3. Abra o arquivo da planilha e extraia os valores de tensão e CycleTime para os ciclos 10, 20, 30, 40 e 50, que são os últimos ciclos em cada densidade atual.
    4. Plote o gráfico GCD com o tempo de ciclo como o eixo X e a tensão como o eixo Y.
  3. Análise de dados do EIS para montagem do gráfico
    1. Abra dados de medição bruto no programa EIS. Clique no ícone abrir arquivo e abra dados brutos e clique no nome do arquivo que foi aplicado para ver os dados detalhados.
    2. Extrair Z' [Ohm] como o valor X e Z'' [Ohm] como o valor Y e plotar o gráfico EIS.

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 med...

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 ma...

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.

Materiais

NameCompanyCatalog NumberComments
Activated carbonGSActive material
Ag/AgCl electrodeBASiRE-5BReference electrode
Carbon blackHyundaiConductive material
DesicatorNavimro
Electrode pressing machineRotech
ExtractorWonA TechConvert program (raw data to excel form)
Isopropanol(IPA)SamchunI0346Solvent to melt the binder
Polytetrafluoroethylene(PTFE)HyundaiBinder
PotentiostatWonA TechZive SP1
Pt electrodeBASiMW-018122017Counter electrode
Reaction flaskDuranContainer for electrolyte
SM6WonA TechProgram of setting sequence and measuring electrochemical result
Sulfuric acidSamshunS1423Electrolyte
SUS meshNavimroCurrent collector
Teflon capWonA TechCap of the electrolyte continer
ZmanWonA TechEIS program

Referências

  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. , 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. , (2012).
  17. Bard, A. J., Faulkner, L. R. . Electrochemical methods: fundamentals and applications. , (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. , 415-430 (2015).
  20. Inagaki, M., Kang, F. . Materials Science and Engineering of Carbon: Fundamentals. , (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. , 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. , (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. , 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. , 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).

Reimpressões e Permissões

Solicitar permissão para reutilizar o texto ou figuras deste artigo JoVE

Solicitar Permissão

Explore Mais Artigos

EngenhariaEdi o 179

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacidade

Termos de uso

Políticas

Entre em contato

recomende à biblioteca

Newsletter

Pesquisa

Educação

Autores

Bibliotecários

SOBRE A JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados