An Investigation into Biomass-Derived Carbon Electrode Scalability and Large-Scale Monolith Electrode Capacitors
Notice bibliographique
Résumé
With the increasing drive towards renewable energy sources, the need for further development in electrical energy storage is apparent. As it stands, the temporal misalignment between energy generation and electrical use or demand gives rise to grid-scale issues that can only be addressed by the de-coupling of energy generation and energy demand [1]. This is achievable through improved electrical energy storage technologies, where supercapacitors and batteries stand at the forefront. Electrochemical double layer capacitors (EDLCs) store charge physically using the reversible adsorption of ions onto materials that are often highly conductive, and porous with high specific surface areas. The clear majority of EDLCs both in research and in commercial use utilize porous carbon powder electrodes, held together with binder materials and compressed into thin-films [2]. These would typically be made of graphene, carbon nanotubes or activated carbons. Our group investigates biochar, or biomass-derived carbon, as potential monolithic electrodes rather than thin-film powders now used. Through a controlled pyrolysis process, these monolithic biochar electrodes can retain the internal macrostructures of the sugar-maple (acer saccharum) hardwood, the precursor material of this study. As such, natural mass-transport pathways are available to facilitate electrolyte and ion transport. Monolithic electrodes also provide the benefits of reducing non-active materials such as non-conductive binder materials, and allows the simple construction of larger electrodes that are structurally robust. The scalability of supercapacitors is an important aspect for tackling the large-scale issues in energy storage. This study investigates biochar electrode scalability by pushing the limits of electrode size and analyzing electrochemical performance as a supercapacitor. Previous studies on monolithic biochar supercapacitors explored electrodes in the millimetre size range, with masses of approximately 1 milligram [3]. This study uses electrodes orders of magnitude larger, measuring 2.3 cm x 1.3 cm x 9.6 cm, with masses of 1.4 grams. Preliminary testing was carried out in a two-cell setup in 4M KOH electrolyte with cyclic voltammetry, galvanostatic charge and discharge cycling and chronoamperometric charge and discharge. The results of these experiments are promising, showing high specific capacitances of 35 F/g at 5 mA/g, and 28 F/g at 200 mA/g. Energy storage capability is shown through chronoamperometric charge and discharge to be 83 Joules or 8.23 Wh/kg with a peak power output of approximately 285 W/kg. References [1] Simon P, Gogotsi Y. Materials for electrochemical capacitors. Nature Materials. 2008;7:845-854. [2] Wang Q, Yan J, Fan Z. Carbon materials for high volumetric performance supercapacitors: design, progress, challenges and opportunities. Energy and Environmental Science. 2016;9(3):729-762 [3] Zhang L, Jiang J, Holm N, Chen F. Mini-chunk biochar supercapacitors. Journal of Applied Electrochemistry. 2014;44:1145-51
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».