Charging dynamics in a laminate‐electrode model for graphene‐based supercapacitors

超级电容器 石墨烯 材料科学 电极 电解质 储能 电容器 纳米技术 电容 电压 电气工程 化学 物理 功率(物理) 工程类 热力学 物理化学
作者
Haolan Tao,Zhi Xu,Cheng Lian,René van Roij,Honglai Liu
出处
期刊:Aiche Journal [Wiley]
卷期号:69 (10) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/aic.18189
摘要

Abstract Development of porous electrode materials for high‐performance supercapacitors depends on the efficiency of pore utilization for charge storage. It remains an experimental and theoretical challenge to quantitatively relate the porous structure to charging dynamics. Here, based on a laminate‐electrode model of graphene‐based supercapacitors, we perform the equivalent circuit model to characterize the structure‐charging dynamics relationship of porous electrodes by coupling key structural features in a mathematical expression for the Resistor‐Capacitor (RC) time. This theoretical description is validated by direct numerical calculations of the Poisson–Nernst–Planck (PNP) equations. We discover that the charging dynamics of graphene‐based supercapacitors is dominated by the ion diffusion from the electrolyte region into the layered structure. The predicted charging time compares well with the experimental investigations reported in the literature on graphene‐based supercapacitors. Our work bridges nanoscopic transport behaviors with macroscopic devices, providing theoretical insights of the structure‐dependent ion transport in two‐dimensional materials‐based films for compact energy storage.

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