Poo Reum Choi¹ , Sang-Gil Kim² , Ji Chul Jung^1,♠ y Myung-Soo Kim^1,♠

¹ Departamento de Ingeniería Química, Universidad Myongji, Yongin 17058, Corea

² R & D Center, Vitzrocell Co. Ltd., Yesan 32417, Corea

2.2. Preparación de AC

Para cambiar el grado de cristalinidad de los precursores antes del proceso de activación de KOH, los PP se trituraron y precarbonizaron durante 1 h en un rango de temperatura de 500ºC.°– 1000° C bajo flujo de N2 en un mini horno de tubo (mini horno de tubo 锚 文字 https://www.tmaxcn.com/tube-furnace_c80链接) (Xiamen Tmaxcn Inc.). La muestra pre-carbonizada a 500° C se denotó como P5, y así sucesivamente. Se prepararon varios AC mediante activación con KOH de los PP precarbonizados (P5– P10). Los PP precarbonizados se mezclaron con polvos de KOH en una proporción de masa PP / KOH de 1: 4 y las mezclas se activaron a 900° C durante 3 h. Los AC obtenidos se lavaron a fondo con agua destilada tres veces y se secaron a 110ºC.° C en un horno durante 1 día. Los AC activados desde P5– P10 se denotaron como P5AC– P10AC, respectivamente. A modo de comparación, los AC también se prepararon a partir de un precursor de CTP que tiene un punto de ablandamiento de 292ºC.° C, proporcionado por OCI Co. (Corea), utilizando los mismos procedimientos de carbonización y activación.

2.3. Caracterización y electroquímica

Las propiedades de AC Las estructuras de poros de los AC obtenidos se caracterizaron por N₂ mediciones de adsorción / desorción utilizando un instrumento ASAP 2010 (Micromeritics, EE. UU.). Los SSA de los CA se calcularon mediante el método Brunauer-Emmett-Teller (BET). Se utilizaron análisis de isoterma de absorción / desorción de nitrógeno, método de análisis de microporos, Barrett-Joyner-Halenda y teoría funcional de densidad no local (NLDFT) para obtener el volumen de poro, el poro

diámetro y distribución del tamaño de poro (PSD) de los AC. La cristalinidad de PP prístinos, PP carbonizados y PP activados se determinó mediante medición de difracción de rayos X (XRD) (XRD-7000; Shimadzu, Japón) usando Cu-Kα radiaciónλ = 1,54056 Å) operado a 40 kV y 30 mA. Los espacios entre capas (d002 y d10ℓ ) se calcularon mediante la ecuación de Bragg (1).

λ = 2 d sin (φ) (1)

donde φ es el ángulo de Bragg para la reflexión en cuestión y λ es la longitud de onda de la radiación. El tamaño del cristalito en el plano (La) y la altura de apilamiento del cristalito (Lc) se determinaron a partir del pico (10ℓ) a ~ 43 ° y el pico (002) en ~ 26 °, respectivamente, utilizando las siguientes ecuaciones de Scherrer [16-19].

La = 1,84λ / Ba cos (φa) (2)

Lc = 0.89λ / Bc cos (φc) (3)

dóndeλ es la longitud de onda de la radiación utilizada, Ba y Bc son el ancho de (10ℓ ) y (002) picos, respectivamente, al 50% de altura, yφ a yφ c son los ángulos de dispersión correspondientes. Los electrodos se prepararon mezclando AC, Super-P y PVDF en una proporción de masa de 8: 1: 1. Se utilizaron PVDF y Super-P como aglutinante y aditivo conductor, respectivamente. La mezcla se homogeneizó en una cantidad suficiente de disolvente NMP para formar una suspensión homogénea. Sobre papel de aluminio grabado utilizado como colector de corriente, la suspensión mezclada se revistió con un aparato de rasqueta y se secó en un horno a 70ºC.° C durante 24 h. A continuación, se prensó el electrodo seco utilizando una máquina calandradora de electrodos. (máquina de calendario de electrodos 锚 文字 https://www.tmaxcn.com/Calender_c0_ss链接) (Xiamen Tmaxcn Inc.) a los 80° C y se seca en un horno de vacío a 70° C durante 24 h.

Se fabricaron celdas EDLC de tipo moneda de tamaño CR2032 utilizando dos electrodos de carbono simétricos, un separador y un espaciador. Los electrodos se perforaron en pequeños discos de 18 mm de diámetro; estos se colocaron en un vial de vidrio que contenía electrolito TEABF4 / AN 1 M después de medir la masa y el espesor. La densidad aparente de los electrodos de CA se midió dividiendo la masa de los electrodos de carbono secos sin el colector de corriente por el volumen, que se obtuvo multiplicando el área y el espesor de los electrodos de carbono. La inmersión se mantuvo durante 24 h para que el electrolito pudiera penetrar suficientemente los materiales de los electrodos. El separador de 19 mm de diámetro, empapado con la solución de electrolito, se colocó entre los electrodos. Finalmente, la celda de moneda se selló usando una engarzadora de celda de moneda. (engarzadora de celda de moneda 锚 文字 https://www.tmaxcn.com/coin-cell-crimper_sp链接) (Xiamen Tmaxcn Inc.). Todos los procesos para el montaje de la celda EDLC tipo moneda se llevaron a cabo en una guantera al vacío. (caja de guantes de vacío 锚 文字 https://www.tmaxcn.com/vacuum-glove-box_c75链接) (Xiamen Tmaxcn Inc.) lleno de N₂ gas.

El rendimiento electroquímico de las celdas EDLC tipo moneda ensambladas se midió mediante voltamperometría cíclica (CV; Potenciostato / Galvanostato Modelo 273 A, EG & G, EE. UU.) Y carga / descarga galvanostática (C / D; WBCS-3000, WonA Tech Co ., Ltd., EE. UU.). La medición de CV se realizó a velocidades de exploración potenciales de 10 y 100 mV / s en el rango de voltaje de 0– 2.7 V.Se aplicaron cargas de corriente constante (1, 3 y 5 A / g) a la medición de C / D en el rango de voltaje de 0– 2.7 V La capacitancia gravimétrica (F / g) fue calculada por CV usando la siguiente ecuación; La capacitancia volumétrica (F / cc) se calculó multiplicando la densidad del electrodo (g / cc) por la capacitancia gravimétrica.

donde I es la corriente, n es la velocidad de exploración, m es la masa de los materiales del electrodo y ∆V es el rango de voltaje medido (0 – 2.7 V). La capacitancia (F / g) también se calculó por carga / descarga prueba usando la siguiente ecuación.

donde I es la densidad de corriente (A / g), ∆t es el tiempo de descarga y ∆V es el rango de voltaje medido (0 – 2,7 V).