전기 에너지
전기 에너지는 전극 전해질 인터페이스에 흡착 또는 침투를 통해 저장됩니다.
전기 에너지 (EE) 가격은 산업 공정의 일반 화학 등의 경제적 평가에 중요한 역할을 한다.. 단기 및 장기 경제 예측이 모두 필요한 경우 (예 : 계획, 일정 수립, 공급망, 온라인 최적화 및 개념 설계에서) EE의 미래 가격 추정에는 예측 가능한 수학적 모델이 필요합니다. 전기 시장의 본질적인 특성에 따른 가격 가치. 이 백서는 EE 가격의 결정 론적 동적 속성을 설명하는 정량적 계량 경제 모델을 배포하는 방법론을 제시하고 논의합니다.
슈퍼 커패시터 용 탄소
2 EDLC 용 탄소의 일반적인 측면
EDLC는 분 극성 전극 표면과 전해질 사이의 전기 이중층이 전하를 저장하는 전기 에너지 저장 장치입니다. 전극 표면적이 증가함에 따라 전기 이중층에 저장된 전하량이 증가하기 때문에 EDLC 구현을 위해 다공성이 높은 활성탄을 사용한다. 그러나 EDLC의 전반적인 성능은 활성탄의 표면적뿐만 아니라 기공 구조 , 크기 및 분포에 의해 좌우됩니다.. 활성탄의 표면적은 일반적으로 질소 가스 흡착 등온선 측정에 의해 결정됩니다. 주로. 직경 2nm 미만으로 분류되는 재료의 미세 기공에 의해 영향을 받습니다.. 반대로, 높은 표면적 탄소가 동일한 전구체에서 파생된 탄소에 항상 큰 커패시턴스를 제공하지는 않지만 정전 용량은 주로 탄소 전극의 표면적에 의존하는 것으로 밝혀졌습니다. 이것은 주로 미세 기공이 용 매화 된 이온의 전기 이중층을 형성하는 데 유용하지 않고 전해질에 대한 충분한 접근성을 제공하지 않는다는 사실에 기인합니다. 고속 충전-방전 조건에서도 미세 기공의 단점이 두드러지기 때문에 이온 전달에 대한 저항이 작은 메조 기공 (직경 2 ~ 50nm)의 통합이 필요하다고 생각됩니다. 기공 크기 분포 제어 이러한 특성은 전극 재료의 특성에 크게 의존하고 일반적으로 트레이드오프 관계가 있기 때문에 전극 재료에서 EDLC의 에너지 및 전력 밀도에도 중요합니다. 전극 재료에서 탄소의 기공 구조는 EDLC의 성능에 결정적이고 복잡한 영향을 미치며 아직 논의 중입니다 [2,3] .
탄소 재료의 비 표면적은 본질적으로 유한합니다. 이 사실은 비 표면적의 확대를 통한 비 정전 용량의 향상은 유한 한 한계를 가지고 있음을 의미한다. 따라서, 산화 환원 (Faradic) 반응의 도입은 전하를 저장하는 전극 표면은 탄소 재료의 비 용량을 높이기 위해 널리 시도되었습니다. 이러한 산화 환원 반응으로 인한 커패시턴스는 전기 이중층 커패시턴스와 다르기 때문에 이러한 종류의 전하 저장을 의사 커패시턴스라고 합니다.. 의사 용량에 기여하는 산화 환원 반응은 다양한 전기 화학반응이며 일반적으로 어느 정도의 내구성 저하를 초래합니다.
커패시터의 에너지 밀도 전지는 전극 커패시턴스와 작동 전압의 제곱의 곱에 의해 결정되며, 이는 전해질 용액 또는 전극 재료의 분해에 의해 제한됩니다. 전해질은 다양한 유형의 산, 염기 또는 염의 수성 및 비 수성 용액입니다. 수용액의 작동 전압 창은 일반적으로 물의 분해로 인해 ~ 1V 미만으로 제한됩니다. 반면에 일반적으로 사용되는 유기 용액의 허용 오차는 약 2.5V입니다. 이러한 작동 전압 창 차이는 수성 전해질에 비해 비 수성 전해질의 에너지 밀도가 약 6 배 더 큽니다. 최근 유기 전해질을 사용하는 EDLC는 고 에너지 밀도 장치에 잠재적으로 응용될 수 있기 때문에 산업적 관점과 근본적인 관점에서 큰 관심을 받고 있습니다. [4,5]..[4,5] . 사실, 최근의 고용량 커패시터 셀은 유기 전해액을 채용하여 실현되었습니다. 그러나 비 수성 EDLC는 비용 및 경우에 따라 구성 요소의 안전성을 포함하여 광범위한 상용화에 몇 가지 장벽이 있습니다. 한편, EDLC 용 수성 전해액은 주로 묽은 황산으로 납산 이차 전지에서 오랜 사용 역사를 가지고 있으며 저비용, 안전성, 물성 측면에서 우수하다. 묽은 황산 용액과 같은 수성 전해질은 전기 전도도 가 더 높습니다. 일반적으로. 사용되는 유기 전해질보다. 이는 고속 충 방전 성능을 달성하는 데 중요한 매개 변수입니다. 수성 전해질 용액의 작동 온도 범위는 대부분의 유기 용액 (이온 성 액체 제외)과 비교할 때 커패시터 셀에도 적합합니다. 따라서 높은 에너지 밀도를 달성하면서 수성 전해질에 사용할 수 있는 새로운 유형의 탄소 전극 개발이 간절히 기다리고 있습니다.
단일 벽 탄소 나노 튜브 (SWCNT)는 넓은 표면적, 단조로운 기공 크기 분포 및 높은 전기 전도도 때문에 EDLC 전극 재료에 가장 기대되는 재료 중 하나입니다 [6] . 그러나 대부분의 SWCNT 제품은 번들로 제공되므로 이상적인 단일 탄소 나노 튜브보다 표면적이 적습니다. 최근에는 소위 SWCNT 생산의 초 성장 방법 (SG-SWCNT)이 개발되어 고순도의 번들이 없는SWCNT를 대량으로 생산하고 있습니다. SG-SWCNT를 EDLC 전극으로 사용하는 이점은 Tanaike et al. [7].
위에서 언급했듯이 탄소는 커패시터 전극 재료에 필수적이기 때문에 새로운 탄소 재료에 대한 조사는 EDLC 성능 향상과 직접 관련이 있습니다. 다음 섹션에서는 EDLC 전극 용 탄소 재료의 최근 개발을 제시하며, 화학적 및 구조적 제어, 이종 원자와의 혼성화와 같은 다양한 기술을 통해 다양한 특성의 향상을 달성했습니다. 최근, 커패시터 , 이러한 신규 한 탄소 재료를 이용하여 전체 성능을 향상 Faradic 반응 및 신규 한 메커니즘을 갖는, 알려진 되었다 슈퍼 커패시터..
