Influence of electrospun separator materials properties on electrochemical performance of electrical double-layer capacitors

Date

2013-06-26

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

Elektroformeerimise meetod on laialtlevinud meetod nanokiudmembraanide valmistamiseks polümeerilahusest elektrivälja toimel. Elektroformeerimise teel valmistatud polümeersed membraanid on leidnud laialdast rakendust erinevates valdkondades tänu oma heale painduvusele, kõrgele poorsusele ning kergesti mõjutatavale pinnamorfoloogiale. On leitud, et selliseid kiulisi membraane saab kasutada separaatormaterjalidena elektrilise kaksikkihi kondensaatorites (EKKK). EKKKd on energiasalvestusseadmed, millel on kiire laadimis- ja tühjenemisaeg, kõrge elektriline efektiivsus, suur võimsus ning pikk eluiga. Viimase 15 aasta jooksul on põjalikult uuritud erinevaid elektroodi materjale ja elektrolüüte, et parandada EKKK energia- ja võimsustihedust ning eluiga, kuid väga vähe on tähelepanu pööratud kasutatavale separaatormaterjali omadustele ning selle mõjule EKKK karateristikutele. Samas annab kasutatava separaatori omadused olulise panuse süsteemi järjestikusele kogutakistusele, kuna separaator mõjutab elektrolüüdi ioonide liikumist ühelt poorselt süsinikelektroodilt teisele ehk mõjutab elektrolüüdi molaarset juhtivust süsteemis. Doktoritöös uuriti separaatori materjalide karakteristikute (keemiline koostis, pinna morfoloogia, poorsus, poorijaotus, eripind, paksus) mõju EKKK omadustele. Leiti, et kasutatav separaator mõjutab oluliselt EKKK võimsust ning aega mille jooksul on võimalik saada süsteemist kätte pool sinna salvestatud energiast.
Electrospinning is a well-known method for processing the nanostructured scaffolds by applying a high electric field strength to a droplet of polymer solution. Due to the good flexibility, high porosity and easily influenced morphology, electrospun nanofiber membranes have very wide-ranging technological applications and it has been demonstrated that the electrospun nanofiber mats can be used as a separator material in the electrical double-layer capacitor (EDLC). EDLCs are energy storage devices with short charging and discharging times and high electrical efficiency, power density and very good cyclability. During last 15 years intensive research work has been done to improve the energy and power densities and cyclability of EDLC, designing the various porous electrode materials and electrolytes applicable in EDLCs. However, little attention has been given for the role of separator material and its influence on the electrochemical performance of EDLCs. The properties of the separator material used in EDLC are important as they give a significant contribution to the overall series resistance of a cell as separator has effect on the ionic charge compensation rate between positively and negatively charged microporous carbon electrodes. Therefore the molar conductivity of ions in the porous separator matrix is extremely important. Influence of the separator characteristics (chemical composition, morphology, total porosity, specific surface area, pore size distribution, thickness) on the parameters of the EDLC has been studied in the present work. It was found that the separator materials parameters have a noticeable influence on the specific power and characteristic time constant of the EDLCs.

Description

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone.

Keywords

kondensaatorid, elektriline kaksikkiht, nanostruktuursed materjalid, materjaliteadus, capacitors, electric double layer, nanostructural materials, material science

Citation