Для цитирования:
Коштял Ю. М., Румянцев А. М., Жданов В. В. Литий-ионный суперконденсатор с электродами на основе углеродных материалов // Электрохимическая энергетика. 2015. Т. 15, вып. 3. С. 119-129. DOI: 10.18500/1608-4039-2015-15-3-119-129, EDN: WHOUPV
Литий-ионный суперконденсатор с электродами на основе углеродных материалов
Рассмотрены принцип работы литий-ионного суперконденсатора (ЛИСК) и способы проведения предварительного литирования отрицательного электрода. Показано влияние применения различных активных материалов положительного и отрицательного электродов, электролита и сепаратора на удельную мощность и удельную энергию ЛИСК.
1. Omar N., Daowd M., Hegazy O., Al Sakka M., Coosemans T., Van den Bossche P., Van Mierlo J. Assessment of lithium-ion capacitor for using in battery electric vehicle and hybrid electric vehicle applications // Electrochim. Acta. 2012. Vol. 86. P. 305–315.
2. Deshpande R. P. Ultracapacitors. India: McGraw-Hill Education, 2014. 427 p.
3. Коштял Ю., Рыкованов А., Румянцев А., Жданов В. Литий-ионные конденсаторы: устройство и характеристики // Компоненты и технологии. 2015. № 2. С. 62–65.
4. Smith P. H., Tran T. N., Jiang T. L., Chung J. Lithium-ion capacitors: Electrochemical performance and thermal behavior // J. Power Sources. 2013. Vol. 243. P. 982–992.
5. Amatucci G. G., Badway F., Du Pasquier A., Zheng T. An asymmetric hybrid nonaqueous energy storage cell // J. Electrochem. Soc. 2001. Vol. 148, № 8. P. A930–A939.
6. Du Pasquier A., Plitz I., Menocal S., Amatucci G. A comparative study of Li-ion battery, supercapacitor and nonaqueous asymmetric hybrid devices for automotive applications // J. Power Sources. 2003. Vol. 115, № 1. P. 171–178.
7. Naoi K., Ishimoto S., Isobe Y., Aoyagi S. High-rate nano-crystalline Li_4Ti_5O_{12 attached on carbon nano-fibers for hybrid supercapacitors // J. Power Sources. 2010. Vol. 195, № 18. P. 6250–6254.
8. Naoi K., Naoi W., Aoyagi S., Miyamoto J., Kamino T. New Generation ``Nanohybrid Supercapacitor'' // Acc. Chem. Res. 2013. Vol. 46, № 5. P. 1075–1083.
9. Sivakkumar S. R., Pandolfo A. G. Evaluation of lithium-ion capacitors assembled with pre-lithiated graphite anode and activated carbon cathode // Electrochim. Acta. 2012. Vol. 65. P. 280–287.
10. Aida T., Yamada K., Morita M. An advanced hybrid electrochemical capacitor that uses a wide potential range at the positive electrode // Electrochem. Solid State Lett. 2006. Vol. 9, № 12. P. A534-A536.
11. Schroeder M., Winter M., Passerini S., Balducci A. On the cycling stability of lithium-ion capacitors containing soft carbon as anodic material // J. Power Sources. 2013. Vol. 238. P. 388–394.
12. Рыкованов А. С. Системы баланса Li-ion аккумуляторных батарей // Силовая электроника. 2009. № 1. С. 52–55.
13. Рыкованов А. С. Элементная база систем обеспечения функционирования Li-ion аккумуляторов // Компоненты и технологии. 2012. № 8. С. 88–93.
14. Decaux C., Lota G., Raymundo-Pinero E., Frackowiak E., Beguin F. Electrochemical performance of a hybrid lithium-ion capacitor with a graphite anode preloaded from lithium bis(trifluoromethane)sulfonimide-based electrolyte // Electrochim. Acta. 2012. Vol. 86. P. 282–286.
15. Khomenko V., Raymundo-Pinero E., Beguin F. High-energy density graphite\AC capacitor in organic electrolyte // J. Power Sources. 2008. Vol. 177, № 2. P. 643–651.
16. Cao W. J., Zheng J. P. Li-ion capacitors with carbon cathode and hard carbon\stabilized lithium metal powder anode electrodes // J. Power Sources. 2012. Vol. 213. P. 180–185.
17. Cao W. J., Shih J., Zheng J. P., Doung T. Development and characterization of Li-ion capacitor pouch cells // J. Power Sources. 2014. Vol. 257. P. 388–393.
18. Cao W. J., Li Y., Fitch B., Shih J., Doung T., Zheng J. Strategies to optimize lithium-ion supercapacitors achieving highperformance: Cathode configurations, lithium loadings on anode, and types of separator // J. Power Sources. 2014. Vol. 268. P. 841–847.
19. Gourdin G., Smith P. H., Jiang T., Tran T. N., Qu D. Y. Lithiation of amorphous carbon negative electrode for Li-ion capacitor // J. Electroanal. Chem. 2013. Vol. 688. P. 103–112.
20. Zhang J., Shi Z. Q., Wang C. Y. Effect of pre-lithiation degrees of mesocarbon microbeads anode on the electrochemical performance of lithium-ion capacitors // Electrochim. Acta. 2014. Vol. 125. P. 22–28.
21. Метод предварительного литирования электрода и изготовление электрохимического конденсатора с его применением: пат. 2012\0042490 A1 США: МПК H01G 9\042, H01M 4\04, H01G 9\15/ Ли С. К., Чо Дж. С., Ким Б. К.; заявл. 14.12.10; опубл. 23.02.12.
22. Ren J. J., Su L. W., Qin X., Yang M., Wei J. P., Zhou Z., Shen P. W. Pre-lithiated graphene nanosheets as negative electrode materials for Li-ion capacitors with high power and energy density // J. Power Sources. 2014. Vol. 264. P. 108–113.
23. Sivakkumar S. R., Nerkar J. Y., Pandolfo A. G. Rate capability of graphite materials as negative electrodes in lithium-ion capacitors // Electrochim. Acta. 2010. Vol. 55, № 9. P. 3330–3335.
24. Sivakkumar S. R., Milev A. S., Pandolfo A. G. Effect of ball-milling on the rate and cycle-life performance of graphite as negative electrodes in lithium-ion capacitors // Electrochim. Acta. 2011. Vol. 56, № 27. P. 9700–9706.
25. Sivakkumar S. R., Pandolfo A. G. Carbon nanotubes\amorphous carbon composites as high-power negative electrodes in lithium ion capacitors // J. Appl. Electrochem. 2014. Vol. 44, № 1. P. 105–113.
26. Kim J. H., Kim J. S., Lim Y. G., Lee J. G., Kim Y. J. Effect of carbon types on the electrochemical properties of negative electrodes for Li-ion capacitors // J. Power Sources. 2011. Vol. 196, № 23. P. 10490–10495.
27. Lee J. H., Shin W. H., Lim S. Y., Kim B. G., Choi J. W. Modified graphite and graphene electrodes for high-performance lithium ion hybrid capacitors // Mater Renew Sustain Energy. 2014. Vol. 3, № 1. P. 1–8.
28. Lee J. H., Shin W. H., Ryou M. H., Jin J. K., Kim J., Choi J. W. Functionalized Graphene for High Performance Lithium Ion Capacitors // ChemSusChem. 2012. Vol. 5, № 12. P. 2328–2333.
29. Smith P., Jiang T., Tran T. High Energy Density Ultracapacitors // Annual Merit Review, DOE Vehicle Technologies Program, Washington, D. C., Washington: DOE, 2010. 17 p. URL: http://www1.eere.energy.gov\vehiclesandfuels\pdfs\merit_review_2010\electrochemical_storage\es038_smith_2010_o.pdf (дата обращения: 04.07.2015).
30. Smith P., Jiang T., Tran T., Mansour A. High Energy Density Ultracapacitors // Annual Merit Review, DOE Vehicle Technologies Program, Washington, D. C., Washington: DOE, 2009. 34 p. URL: http://energy.gov\sites\prod\files\2014\03\f13\esZ22_smith.pdf (дата обращения: 04.07.2015).
31. Smith P. High Capacitance Carbons for Electrochemical Double Layer Capacitors. URL: http://www. scribd.com\doc\173773037\W7-Smith-Capacitors{\# scribd (дата обращения: 04.07.2015).
32. Smith P., Jiang T., Tran T. High Energy Density Ultracapacitors // Annual Merit Review, DOE Vehicle Technologies Program, Washington, D. C., Washington: DOE, 2011. 23 p. URL: http://energy.gov\ sites\ prod\ files\ 2014\03\f10\es038_smith_2011_p.pdf (дата обращения: 04.07.2015).
33. Литий-ионный конденсатор: пат. 7768769 B2 США: МПК H01G 9\00, H01G 9\02 / Матсуи К., Такахата Р., Андо Н., Шираками А., Тасаки С., Хато И.; заявл. 28.10.05: опубл. 3.08.10.
34. Schroeder M., Winter M., Passerini S., Balducci A. On the Use of Soft Carbon and Propylene Carbonate-Based Electrolytes in Lithium-Ion Capacitors // J. Electrochem. Soc. 2012. Vol. 159, № 8. P. A1240–A1245.
35. Aida T., Murayama I., Yamada K., Morita M. High-energy-density hybrid electrochemical capacitor using graphitizable carbon activated with KOH for positive electrode // J. Power Sources. 2007. Vol. 166, № 2. P. 462–470.
36. Литий-ионный конденсатор: пат. 2013\0120909 А1 США: МПК H01G 9\145, H01G 9\02 / Нагасе Т., Кано К., Тсузуки Т.; заявл. 31.10.12; опубл. 16.05.13.
37. Аккумулирующее устройство: пат. 20130017438 А1 США: МПК H01M2\06, H01G 9\025, H01G 9\155 / Тагучи М., Ватанабе И., Андо Н., Тагаки Х.; заявл. 24.02.11; опубл. 17.01.13.
38. Активный электродный материал, электрод и электрический накопитель: пат. 2013\0309577 A1 США: МПК H01G 9\048, H01M 4\583 / Хаяши Т., Утака Т.; заявл. 26.04.13; опубл. 21.11.13.
39. Литий-ионный конденсатор: пат. 2631924 A1 ЕС: МПК H01G 9\02/ Нансака К., Тагучи М.; заявл. 28.06.2011; опубл.
40. Ni J. F., Huang Y. Y., Gao L. J. A high-performance hard carbon for Li-ion batteries and supercapacitors application // J. Power Sources. 2013. Vol. 223. P. 306–311.
41. Cao W. J., Zheng J. P. The Effect of Cathode and Anode Potentials on the Cycling Performance of Li-Ion Capacitors // J. Electrochem. Soc. 2013. Vol. 160, № 9. P. A1572–A1576.
42. Lee J.-J. Soft Carbon» as a LIB anode material for xEV application // Korea Advanced Battery Conference, 29 May. 2013. 24 p. URL: http://www. sneresearch.com\down_file\20130529_9.pdf (дата обращения: 03.03.2015).
43. Литий-ионный конденсатор: пат. 7733629 B США: МПК H01G 9\00/ Тасаки С., Андо Н., Нагаи А., Матсуи К., Хато И.; заявл. 19.10.05; опубл. 8.06.10.
44. Электрод для электрического накопителя и безводный литиевый накопитель: пат. 20120219585 20121001 Япония: МПК H01M4\587, H01G11\24, H01M10\052 / Хашимото Т.; заявл. 30.09.2013; опубл. 10.04.2014.
45. Литий-ионный конденсатор: пат. 2014\0002960 A1 США: МПК H01G 11\26 / Тезука Т., Хаяши Т., Андо Н., Ватанабе И., Тагучи М., Ясуда Н.; заявл. 01.02.12; опубл. 2.01.14.
46. Chung G. C., Kim H. J., Yu S. I., Jun S. H., Choi J. W., Kim M. H. Origin of graphite exfoliation – An investigation of the important role of solvent cointercalation // J. Electrochem. Soc. 2000. Vol. 147, № 12. P. 4391–4398.