JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Протокол описывает оценку различных электрохимических свойств суперконденсаторов с использованием трехэлектродной системы с потенциостатным устройством.

Аннотация

Трехэлектродная система является базовой и общеаналитической платформой для исследования электрохимических характеристик и характеристик систем накопления энергии на материальном уровне. Суперконденсаторы являются одной из самых важных новых систем хранения энергии, разработанных за последнее десятилетие. Здесь электрохимические характеристики суперконденсатора оценивали с помощью трехэлектродной системы с потенциостатным устройством. Трехэлектродная система состояла из рабочего электрода (WE), электрода сравнения (RE) и встречного электрода (CE). WE - это электрод, где контролируется потенциал и измеряется ток, и он является целью исследования. ВИЭ выступает в качестве эталона для измерения и контроля потенциала системы, а CE используется для завершения замкнутого контура для обеспечения электрохимических измерений. Эта система обеспечивает точные аналитические результаты для оценки электрохимических параметров, таких как удельная емкость, стабильность и импеданс с помощью циклической вольтамперометрии (CV), гальваностатического заряда-разряда (GCD) и электрохимической импедансной спектроскопии (EIS). Предложено несколько протоколов экспериментального проектирования путем контроля значений параметров последовательности при использовании трехэлектродной системы с потенциостатным устройством для оценки электрохимических характеристик суперконденсаторов. С помощью этих протоколов исследователь может настроить трехэлектродную систему для получения разумных электрохимических результатов для оценки производительности суперконденсаторов.

Введение

Суперконденсаторы привлекли огромное внимание в качестве подходящих источников питания для различных применений, таких как микроэлектронные устройства, электромобили (EV) и стационарные системы хранения энергии. В приложениях EV суперконденсаторы могут использоваться для быстрого ускорения и могут обеспечивать накопление регенеративной энергии во время процессов замедления и торможения. В областях возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия1 и ветровая энергия2, суперконденсаторы могут использоваться в качестве стационарных систем хранения энергии 3,4. Производство возобновляемой энергии ограничено колеблющимся и прерывистым характером этих поставок энергии; поэтому требуется система хранения энергии, которая может немедленно реагировать во время нерегулярной выработки электроэнергии5. Суперконденсаторы, которые накапливают энергию с помощью механизмов, отличающихся от механизмов литий-ионных аккумуляторов, демонстрируют высокую плотность мощности, стабильную производительность цикла и быструю зарядку-разрядку6. В зависимости от механизма хранения суперконденсаторы можно различать на двухслойные конденсаторы (EDLC) и псевдоконденсаторы7. EDLC накапливают электростатический заряд на поверхности электрода. Поэтому емкость определяется количеством заряда, на который влияет площадь поверхности и пористая структура электродных материалов. Напротив, псевдоконденсаторы, которые состоят из проводящих полимеров и металлических оксидных материалов, хранят заряд через процесс реакции Фарадея. Различные электрохимические свойства суперконденсаторов связаны с электродными материалами, и разработка новых электродных материалов является основным вопросом в улучшении производительности суперконденсаторов8. Следовательно, оценка электрохимических свойств этих новых материалов или систем важна для прогресса исследований и дальнейшего применения в реальной жизни. В связи с этим электрохимическая оценка с использованием трехэлектродной системы является наиболее основным и широко используемым методом в лабораторных исследованиях системнакопления энергии 9,10,11,12,13.

Трехэлектродная система представляет собой простой и надежный подход к оценке электрохимических свойств, таких как удельная емкость, сопротивление, проводимость и срок службы суперконденсаторов14. Система предлагает преимущество, позволяющее анализировать электрохимические характеристики отдельных материалов15, что в отличие от двухэлектродной системы, где характеристики могут быть изучены путем анализа данного материала. Двухэлектродная система просто дает информацию о реакции между двумя электродами. Он подходит для анализа электрохимических свойств всей системы хранения энергии. Потенциал электрода не фиксирован. Поэтому неизвестно, при каком напряжении происходит реакция. Однако трехэлектродная система анализирует только один электрод с фиксирующим потенциалом, который может выполнить детальный анализ одного электрода. Поэтому система ориентирована на анализ конкретных показателей на материальном уровне. Трехэлектродная система состоит из рабочего электрода (WE), электрода сравнения (RE) и встречного электрода (CE)16,17. WE является целью исследований, оценки, поскольку он выполняет электрохимическую реакцию, представляющую интерес18, и состоит из окислительно-восстановительного материала, который представляет потенциальный интерес. В случае EDLC использование материалов с большой площадью поверхности является основной проблемой. Поэтому пористые материалы с большой площадью поверхности и микропоры, такие как пористый углерод, графен и нанотрубки, являютсяпредпочтительными 19,20. Активированный уголь является наиболее распространенным материалом для ЭДЛК из-за его высокой удельной площади (>1000 м2/г) и множества микропор. Псевдоконденсаторы изготавливаются из материалов, которые могут подвергаться реакции Фарадея21. Оксиды металлов (RuOx, MnOx и т.д.) и проводящие полимеры (PANI, PPy и т.д.) обычно используются22. RE и CE используются для анализа электрохимических свойств WE. РЭ служит эталоном для измерения и контроля потенциала системы; нормальный водородный электрод (NHE) и Ag/AgCl (насыщенный KCl) обычно выбираются в качестве RE23. CE сопряжен с WE и завершает электрическую цепь, чтобы обеспечить передачу заряда. Для CE используются электрохимически инертные материалы, такие как платина (Pt) и золото (Au)24. Все компоненты трехэлектродной системы подключены к потенциостатному устройству, которое управляет потенциалом всей цепи.

Циклическая вольтамперометрия (CV), гальваностатический заряд-разряд (GCD) и электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS) являются типичными аналитическими методами, которые используют трехэлектродную систему. С помощью этих методов можно оценить различные электрохимические характеристики суперконденсаторов. CV является основным электрохимическим методом, используемым для исследования электрохимического поведения (коэффициент переноса электронов, обратимый или необратимый и т.д.) и емкостных свойств материала при повторных окислительно-восстановительных процессах14,24. График CV показывает окислительно-восстановительные пики, связанные с восстановлением и окислением материала. С помощью этой информации исследователи могут оценить производительность электрода и определить потенциал, в котором материал восстанавливается и окисляется. Кроме того, с помощью анализа CV можно определить количество заряда, которое может хранить материал или электрод. Суммарный заряд является функцией потенциала, а емкость может быть легко рассчитана 6,18. Емкость является основной проблемой в суперконденсаторах. Более высокая емкость представляет собой способность хранить больше заряда. EDLC порождают прямоугольные узоры CV с линейными линиями, так что емкость электрода может быть легко рассчитана. Псевдоконденсаторы представляют окислительно-восстановительные пики на прямоугольных участках. Основываясь на этой информации, исследователи могут оценить электрохимические свойства материалов с помощью измерений CV18.

GCD является широко используемым методом для определения стабильности цикла электрода. Для длительного использования стабильность цикла должна быть проверена при постоянной плотности тока. Каждый цикл состоит из шагов заряда-разряда14. Исследователи могут определить стабильность цикла с помощью изменений в графе заряд-разряд, удельное удержание емкости и кулоновскую эффективность. EDLC порождают линейную картину; таким образом, удельная емкость электрода может быть легко рассчитана с использованием наклона кривой разряда6. Однако псевдоконденсаторы демонстрируют нелинейный рисунок. Уклон разгрузки изменяется в процессе разгрузки7. Кроме того, внутреннее сопротивление может быть проанализировано через падение сопротивления току (ИК), которое является потенциальным падением из-за сопротивления 6,25.

EIS является полезным методом для идентификации импеданса систем хранения энергии без разрушения образца26. Импеданс может быть рассчитан путем подачи синусоидального напряжения и определения фазового угла14. Импеданс также является функцией частоты. Поэтому спектр EIS приобретается в диапазоне частот. На высоких частотах кинетические факторы, такие как внутреннее сопротивление и передача заряда, являются действующими24,27. На низких частотах могут быть обнаружены диффузионный коэффициент и импеданс Варбурга, которые связаны с массопереносом и термодинамикой24,27. EIS является мощным инструментом для анализа кинетических и термодинамических свойств материала одновременно28. Данное исследование описывает протоколы анализа для оценки электрохимических характеристик суперконденсаторов с использованием трехэлектродной системы.

протокол

1. Изготовление электрода и суперконденсатора (Рисунок 1)

  1. Подготовьте электроды перед электрохимическим анализом, объединив 80 масс.(мас.)% активного материала электрода (0,8 г активированного угля), 10 мас.% проводящего материала (0,1 г технического углерода) и 10 мас.% связующего вещества (0,1 г политетрафторэтилена (PTFE)).
    1. Капли изопропанол (IPA; 0,1-0,2 мл) в вышеупомянутую смесь, затем тонко распределите смесь в тесто с помощью валика.
  2. Перед прикреплением электрода к сетке из нержавеющей стали (SUS) отрежьте сетку SUS до размеров 1,5 см (ширина) × 5 см (длина). После взвешивания сетки SUS нанесите электрод (1см2) толщиной 0,1-0,2 мм на сетку SUS и спрессуйте его электродной прессовой машиной. Здесь диапазон масс электрода составлял 0,001-0,003 г.
  3. Высушите собранный электрод суперконденсатора в печи при 80 °C в течение примерно 1 дня, чтобы испарить IPA.
  4. Взвесьте сетку SUS для получения веса электрода, а затем погрузите сетку в электролит (2 M H2SO4 водного раствора).
  5. Поместите сетку SUS в осушитель, чтобы удалить пузырьки воздуха на поверхности электрода суперконденсатора.

2. Подготовка файла последовательности для электрохимического анализа

  1. Настройки последовательности CV для получения результатов анализа.
    1. Запустите программу измерения потенциостата, чтобы установить файл последовательности эксперимента измерения (рисунок 2A).
    2. Нажмите кнопку Эксперимент на панели инструментов и перейдите в Редактор файлов последовательностей > Создать или нажмите кнопку Новая последовательность (рисунок 2B). Нажмите кнопку Добавить , чтобы добавить шаг последовательности (рисунок 3A).
    3. На каждом шаге установите Control как Sweep, Configuration как PSTAT, Mode как CYCLIC и Range как Auto. Установите reference для Initial(V) и Middle(V) как Eref и поставьте -200e-3 в значение. Установите Reference для Final(V) как Eref и поставьте 800e-3 в значение.
    4. Скорость сканирования напряжения устанавливается пользователем в качестве желаемого значения. Здесь скорость сканирования была установлена на уровне 10 мВ/с. Поместите значение в Scanrate(V/s) как 10.0000e-3. Скопируйте шаг-1 и нажмите Вставить[Dn], чтобы вставить его в шаг-2 ~5. Измените значение Scanrate(V/s) на 20.000e-3, 30.000e-3, 50.000e-3 и 100.00e-3 соответственно.
    5. Установите тихое время (время) как 0, а сегменты как число 2n +1, где n — количество циклов. Здесь был применен 21 на 10 циклов.
    6. Установите условие отсечения следующим образом: для условия-1 установите Item в качестве Step End и Go Next как Next.
    7. В разделе Управление различными параметрами на вкладке Выборка задайте для каждой скорости сканирования значение Item как Time(s), OP как >=, а DeltaValue — значение 0.333333 (шаг-1), 0.166666 (шаг-2), 0.111111 (шаг-3), 0.06667 (шаг-4) и 0.03333 (шаг-5). Это временной интервал для записи данных.
    8. Нажмите кнопку Сохранить как , чтобы сохранить файл последовательности анализа CV в любой папке компьютера.
  2. Настройки последовательности GCD для получения результатов анализа
    1. Запустите программу измерения потенциостата, чтобы установить файл последовательности эксперимента измерения (рисунок 2A).
    2. Нажмите кнопку Эксперимент на панели инструментов и перейдите в Редактор файлов последовательностей > Создать или нажмите кнопку Новая последовательность (рисунок 2B). Нажмите кнопку Добавить , чтобы добавить шаг последовательности (рисунок 4A,B).
    3. На шаге 1 установите для параметра Control значение CONSTANT, Configuration (GSTAT), Mode (Normal) и Range (Auto). Установите для параметра Reference (A) значение NULL. Если масса электрода составляет 0,00235 г, установите значение 1,8618e-3, что означает, что плотность тока составляет 1 А/г.
    4. Установите условие отсечения следующим образом: для условия-1 установите Item как Voltage, OP как >=, DeltaValue как 800e-3 и Go Next как Next.
    5. В разделе Управление различными параметрами задайте следующие параметры: на вкладке Выборка задайте для параметра Item значение Time(s), OP — значение >= и DeltaValue — значение 0.1.
    6. На Шаге-2 каждое множество такое же, как и на Шаге-1, за исключением заданного значения Current(A) как отрицательного значения Шага-1 (-1.8618e-3). Установите условие-1 следующим образом: Элемент как Напряжение, OP как <=, DeltaValue как -200e-3 и Перейти далее как Далее как Далее.
    7. На шаге 3 установите Control как LOOP, Configuration как CYCLE и установите List-1 в условии 1 условия отключения как Loop Next, Go Next как Шаг-1 и List-2 в качестве Шага End и Далее как Следующий. Задайте для параметра Итерация значение 10 , которое является числом повторяющихся циклов.
    8. Шаг-1, шаг-2 и шаг-3 образуют единый цикл. Скопируйте и вставьте их после шага-4 и измените значение Current (A) на 3,7236e-3, 5,5855e-3, 9,3091e-3 или 18,618e-3, рассчитанное для различных плотностей тока 2,3,5 и 10 A/g.
    9. Нажмите кнопку Сохранить как , чтобы сохранить файл последовательности анализа GCD в любой папке компьютера.
  3. Настройки последовательности EIS для получения результатов анализа
    1. Запустите программу измерения потенциостата, чтобы установить файл последовательности эксперимента измерения (рисунок 2A).
    2. Нажмите кнопку Эксперимент на панели инструментов и перейдите в Редактор файлов последовательностей > Создать или нажмите кнопку Новая последовательность (рисунок 2B). Нажмите кнопку Добавить , чтобы добавить шаг последовательности (рисунок 5A,B).
    3. На шаге 1 задайте для параметра Control значение CONSTANT, Configuration как PSTAT, Mode как TIMER STOP и Range как Auto. Установите опорный знак для напряжения (В) как Eref и значение как 500e-3 , что составляет половину размера диапазона напряжения.
    4. Задайте условие отсечения следующим образом: для условия 1 установите Item как Step Time, OP как >=, DeltaValue как 3:00 и Go Next как Next. Это процесс стабилизации устройства потенциостата.
    5. На шаге 2 установите Control как EIS, Configuration как PSTAT, Mode как LOG и Range как Auto. Установите начальную (Гц) скорость как нормальную и значение начальной (Гц) и средней (Гц) как 1,0000e + 6 , что является высокочастотным значением, и конечную (Гц) как 10,000e-6, которая является низкочастотным значением.
    6. Установите для параметра Bias(V) значение Eref , а значение — 500e-3. Чтобы получить линейный результат отклика, установите амплитуду (Vrms) как 10.000e-3. Задайте для параметра Плотность значение 10 и для итерации значение 1.
    7. Нажмите кнопку Сохранить как , чтобы сохранить файл последовательности анализа EIS в любой папке компьютера.

3. Электрохимический анализ

  1. Используйте потенциостатное устройство и запустите измерительную программу для выполнения анализа CV, GCD и EIS. Наполните 100 мл водного электролита 2 M H2SO4 в стеклянную емкость (использовался стеклянный контейнер в форме стакана).
  2. Перед началом измерения в потенциостате соедините три типа линий: рабочий электрод (L-WE), электрод сравнения (L-RE) и контрэлектрод (L-CE) с сеткой SUS, эталонным электродом (Ag / AgCl) и встречным электродом (Pt wire) соответственно (рисунок 6). Подключите четвертую линию, рабочий датчик (L-WS), к L-WE.
  3. Накройте стеклянный контейнер колпачком и погрузите три электрода в электролит через перфорацию в колпачке. Расположите электроды так, чтобы WE поддерживался на постоянном расстоянии между CE и RE.
  4. Запустите измерительную программу и откройте подготовленную последовательность. Нажмите кнопку Применить к CH , чтобы вставить последовательность в канал потенциостата. Начните измерение, нажав кнопку Пуск .

4. Анализ данных

  1. Анализ данных CV для подгонки графика
    1. Откройте необработанные данные измерений в программе конвертации для получения результатов в формате электронной таблицы. Нажмите кнопку Файл и откройте необработанные данные. Выберите все циклы и нажмите «ЭкспортИРОВАТЬ ASCII » на панели инструментов. Проверьте цикл, напряжение и ток в столбцах для экспорта в правой части программы.
    2. Щелкните Создать каталог, а затем нажмите кнопку Экспорт , чтобы преобразовать необработанные данные в формат электронной таблицы.
    3. Откройте файл электронной таблицы и извлеките значения напряжения и тока циклов 10, 20, 30, 40 и 50, которые являются последними циклами при каждой скорости сканирования.
    4. Постройте график CV с напряжением в виде оси X и удельной плотностью тока в качестве оси Y.
  2. Анализ данных GCD для подгонки графика
    1. Откройте необработанные данные измерений в программе конвертации для получения результатов в формате электронной таблицы. Нажмите кнопку Файл и откройте необработанные данные. Выберите все циклы и нажмите «ЭкспортИРОВАТЬ ASCII » на панели инструментов. Проверьте Цикл, Напряжение и Время Цикла в столбцах для экспорта в правой части программы.
    2. Щелкните Создать каталог, а затем нажмите кнопку Экспорт , чтобы преобразовать необработанные данные в формат электронной таблицы.
    3. Откройте файл электронной таблицы и извлеките значения напряжения и CycleTime для циклов 10, 20, 30, 40 и 50, которые являются последними циклами при каждой плотности тока.
    4. Постройте график GCD с временем цикла в виде оси X и напряжением в качестве оси Y.
  3. Анализ данных EIS для подгонки графика
    1. Откройте необработанные данные измерений в программе EIS. Щелкните значок Открыть файл , откройте необработанные данные и щелкните имя файла, которое было применено, чтобы просмотреть подробные данные.
    2. Извлеките Z' [Ом] как значение X и Z'' [Ом] как значение Y и постройте график EIS.

Результаты

Электроды изготавливались по протоколу этапа 1 (фиг.1). Тонкие и однородные электроды крепились к сетке SUS размером 1см2 и толщиной 0,1-0,2 мм. После высыхания был получен вес чистого электрода. Электрод погружали в водный электролит 2 M H2SO4, и электролиту позв?...

Обсуждение

Это исследование обеспечивает протокол для различных анализов с использованием трехэлектродной системы с устройством потенциостата. Эта система широко используется для оценки электрохимических характеристик суперконденсаторов. Подходящая последовательность для каждого анализа (C...

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Эта работа была поддержана Корейским институтом оценки и планирования энергетических технологий (KETEP) и Министерством торговли, промышленности и энергетики (MOTIE) Республики Корея (No 20214000000280), а также стипендией Chung-Ang University Graduate Research Scholarship 2021.

Материалы

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

Ссылки

  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).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

179

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены