Carbide derived microporous carbon and electrical double layer capacitors

Date

2009-07-08T10:18:49Z

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

The main object of this study was to find the optimal synthesis parameters for the titanium carbide derived carbon (CDC) production process and to evaluate the application of the resulting microporous carbon materials in electrical double layer capacitors. The work has been divided into two main sections: 1) Optmization of the titanuim carbide derived carbon production process 2) Application and electrochemical evaluation of above mentioned carbide derived carbon in Electrical Double Layer Capacitor (EDLC) devices The first section is focused on the implementation of the process cycle that allows for a more cost effective and flexible microporous carbon production process. Different stages of the process cycle were researched, to reveal the relationships between synthesis parameters and the porosity related features of the CDC. In particular, the titanium carbide synthesis stage and the titanium carbide chlorination stage were focused on, as these stages hold the key aspects for producing superior microporous carbon. In the carbide synthesis stage a shift in crystalline stoichiometry of TiC was observed, in accordance with the variations in synthesis temperature and the molar ratio of the precursor mixture. In the carbide chlorination stage it was further observed how these shifts in crystalline stoichiometry influence the parameters of the resulting microporous carbon. Optimized parameters for producing microporous carbon from titanium carbide through the process cycle were established from the research. In the second section of the study, several microporous carbon materials were electrochemically evaluated in electrical double layer capacitor cells to research the effects of different oxidative post-modification treatment methods on the performance of the EDLC cells. Cyclic voltammetry, constant power and electrochemical impedance methods were employed.Käesoleva uurimustöö eesmärgiks oli leida optimaalsed sünteesiparameetrid titaankarbiidist sünteesitava mikropoorse süsiniku tootmiseks ja uurida võimalusi mikropoorsete süsinikmaterjalide rakendamiseks elektrokeemilise kaksikkihi kondensaatoris. Töö on jaotatud kahte ossa: 1) Mikropoorse karbiidse süsiniku tootmisprotsesssi optimiseerimine 2) Mikropoorsete süsinikmaterjalide rakendamine elektrokeemilise kaksikkihi kondensaatorites. Töö esimene osa keskendub karbiidse mikropoorse süsiniku ringprotsessilise tootmistsükli uurimisele ja rakendamisele, et võimalda tootmisprotsessi kulude vähendamist ja kõrvalsaaduste säästlikku taaskasutamist. Tootmistsükli eri staadiumite katsetamisel püüti välja selgitada erinevate sünteesiparameetrite omavahelisi sõltuvusi ja nende mõju sünteesitava mikropoorse süsiniku omadustele. Karbiidisünteesi staadiumi uurmisel ilmnes titankarbiidi kristallstruktuuris stöhhiomeetriline nihkumine, mille ulatus oli kooskõlas sünteesisegu molaarse koostise muutumisega. Titaankarbiidi kloreerimise staadiumis ilmesid selged sõltuvused karbiidi kristallstruktuuri stöhhiomeetrilise nihke ja saadava mikropoorse süsiniku omaduste vahel. Uurimustöö tulemusena leiti optimaalsed parameetrid titaankarbiidist kloreerimise teel saadava mikropoorse süsiniku tootmiseks. Töö teises osas võrreldi mitmete erinevate omadustega süsinikmaterjale elektrokeemilise kaksikkihi kondensaatori rakenduses, et selgitada välja oksüdeerivate järeltöötlemismeetodite mõju süsinikmaterjalide käitumisele EKKK süsteemis. Uurimustöös kasutati mikropoorsete süsinikmaterjalide omaduste hindamiseks tsüklilise voltamperomeetria, konstantse võimsusega tühjenemise ja elektrokeemilise impedantsspktromeetria meetodeid

Description

Keywords

Citation