Aqueous redox electrochemical capacitors (redox ECs) generally suffer from low energy density and uncontrolled cross diffusion of soluble redox components, causing serious self discharge and capacity fade. This study has designed a membraneless potassium bromide electrochemical capacitor (ML PBEC) single cell generating high energy density with reduced self discharge. From the perspective of CO2 utilization, highly porous carbon with a hierarchical porosity was synthesized from CO2 gas and the change of the electrochemical performance by doping nitrogen on the CO2 derived carbon materials was investigated. Using the synthesized carbon as electrodes with a Br--/Br3 redox active aqueous electrolyte, the designed ML PBEC single cell produced enhanced energy density due to suppressed cross diffusion of soluble bromine molecules through electrostatic interaction between the protons of N doped sites and polybromide anions even without membrane. The designed single cell provided a high energy density equivalent to the highest energy density of membrane contained aqueous electrochemical capacitors, 14.3 Wh kg -1 at 2 A g -1 over 10000 cycles.
수계 산화환원 전기화학 커패시터는 일반적으로 낮은 에너지밀도와 심각한 자가 방전과 용량 저하를 유발하는 용해성 있는 레독스 구성물의 통제되지 않는 반대극으로의 확산 문제를 가진다. 본 연구는 고 에너지밀도와 자가 방전이 적은 분리막 없는 포타슘 브로마이드 전기화학 커패시터 단일 전지를 설계하였다. 이산화탄소 활용의 관점에서, 이산화탄소 기체로부터 합성된 계층적 다공성을 가지는 매우 다공성인 탄소와 질소를 이산화탄소 유도 탄소물질에 도핑함으로써 전기화학적 성능의 변화가 연구되었다. 브로민 음이온/삼브로민 음이온 레독스 활성 수계 전해질을 사용하고 합성된 탄소를 전극으로 사용함으로써, 설계된 포타슘 브로마이드 전기화학 커패시터 단일 전지는 분리막 없이도 질소-도핑 지점의 양성자와 폴리브로마이드 음이온 사이의 정전기적 상호작용을 통해 용해성 있는 브로민 분자의 반대극으로의 확산을 억제했기 때문에 향상된 에너지밀도를 생산하였다. 설계된 단일 전지는 분리막 있는 수계 전기화학 커패시터 중 가장 높은 에너지밀도와 동등한 정도의 높은 에너지밀도를 보였고, 이는 10000 싸이클 2 A g-1에서 14.3 Wh kg-1이었다.
