No koksnes iegūtu oglekļa materiālu elektroķīmiskā veiktspēja elektriskā dubultslāņa superkondensatoros

Abstract

Superkondensatori ir elektroķīmiskās enerģijas uzglabāšanas ierīces, kam piemīt liels jaudas blīvums, augsts uzlādes/izlādes ātrums un iespējami liels ciklēšanas reižu daudzums. Darba mērķis ir izvērtēt elektroķīmisko veiktspēju elektriskā dubultslāņa superkondensatoriem, kuru elektrodmateriāls ir no kokogles un melnā atsārma sintezēts aktivētais ogleklis. Sintezētajiem materiāliem piemīt augsts virsmas laukums, un to izgatavošanas process ir viegli mērogojams. Darbā tika novērtēta 18 aktivētās ogles materiālu elektroķīmiskā veiktspēja, izgatavojot simetriskas superkondensatoru šūnas un veicot galvanostatiskās uzlādes-izlādes un cikliskās voltamperometrijas mērījumus. Tika izvērtēta materiāla porainības un īpatnējās virsmas laukuma ietekme uz superkondensatora īpatnējo kapacitāti, enerģijas blīvumu un iekšējo šūnas pretestību. Pētāmajiem paraugiem tikusi novērota ievērojami augstāka īpatnējā kapacitāte, salīdzinot ar industrijā pieejamo ogles materiālu Kuraray YP50F: 140 % kapacitātes pieaugums jeb īpatnējā kapacitāte līdz 268 F/g. Pētījums tiek izstrādāts Apvārsnis Eiropa projekta “Atomic Layer-coated Graphene Electrode-based Micro-flexible and Structural Supercapacitors” (ARMS, ID 101120677) ietvaros.

Supercapacitors are electrochemical energy storage devices characterized by high power density, fast charge/discharge rates, and a long cycle life. The aim of this study is to evaluate the electrochemical performance of electric double-layer capacitors (EDLCs) utilizing activated carbon synthesized from charcoal and black liquor as the electrode material. The synthesized materials possess a high surface area, and their production process is easily scalable. The electrochemical performance of 18 activated carbon samples was assessed by assembling symmetric supercapacitor cells and performing galvanostatic charge-discharge and cyclic voltammetry measurements. The influence of porosity and specific surface area on the specific capacitance, energy density, and internal resistance of the supercapacitor was evaluated. The investigated samples exhibited significantly higher specific capacitance compared to the commercially available carbon material Kuraray YP50F: an increase in capacitance of 140 %, reaching values up to 268 F/g. This research is carried out within the Horizon Europe project “Atomic Layer-coated Graphene Electrode-based Micro-flexible and Structural Supercapacitors” (ARMS, ID 101120677).