Kang Ko Chung

• The supercapacitor is one of the most important energy storage devices as its construction allows for addressing many of the drawbacks related to batteries, but the low energy density of current systems is a major issue. In this doctoral dissertation, with a view to attaining high energy density supercapacitor systems that can be comparable to those for batteries, new heteroatom-containing carbons in the form of particles and three-dimensional films were investigated. A nitrogen-containing material, acrodam, was chosen as the carbon precursor due to the inexpensiveness, high carbonization yield, oligomerizability, etc. The carbon particles were prepared from acrodam together with caesium acetate as a meltable flux agent, and disclosed excellent properties in hydroquinone-loaded sulphuric acid electrolyte with high energy densities (up to 133.0 Wh kg–1) and sufficient cycle stabilities. These properties are already now comparable to those of batteries. Besides, conductive carbon three-dimensional films were fabricated using acrodamThe supercapacitor is one of the most important energy storage devices as its construction allows for addressing many of the drawbacks related to batteries, but the low energy density of current systems is a major issue. In this doctoral dissertation, with a view to attaining high energy density supercapacitor systems that can be comparable to those for batteries, new heteroatom-containing carbons in the form of particles and three-dimensional films were investigated. A nitrogen-containing material, acrodam, was chosen as the carbon precursor due to the inexpensiveness, high carbonization yield, oligomerizability, etc. The carbon particles were prepared from acrodam together with caesium acetate as a meltable flux agent, and disclosed excellent properties in hydroquinone-loaded sulphuric acid electrolyte with high energy densities (up to 133.0 Wh kg–1) and sufficient cycle stabilities. These properties are already now comparable to those of batteries. Besides, conductive carbon three-dimensional films were fabricated using acrodam oligomer as the precursor by the inexpensive spin coating method. The films were found to be homogeneous, flat, void- and crack-free, and high conductivities (up to 334 S cm–1) could be obtained at the carbonization temperature of 1000 ºC. Furthermore, a porous carbon three-dimensional film could be formed using an organic template at the first attempt. This finding demonstrates the film’s potentiality for various applications such as supercapacitor electrode; the essential absence of contact resistance within the network should contribute to effective transportation of electron within the electrode. The progress made in this dissertation will open a new way to further enhancement of energy density for supercapacitor as well as other applications that exceeds the current properties.…
• Der Superkondensator ist einer der wichtigsten Energiespeicher da seine Konstruktion die Lösung vieler Nachteile von Batterien erlaubt. Allerdings weisen derzeitige Systeme noch zu geringe Energiedichten auf. Um Superkondensatoren mit Energiedichten vergleichbar zu Batterien zu ermöglichen, wurden in der vorliegenden Dissertation neue, heteroatomhaltige Kohlenstoffe in Form von Partikeln und Filmen untersucht. Aufgrund geringer Kosten, hohen Ausbeuten, Polymerisierbarkeit usw. wurde die stickstoffhaltige Substanz Acrodam als Kohlenstoffvorstufe verwendet. Die Kohlenstoffpartikel wurden ausgehend von Acrodam zusammen mit Cäsiumacetat als schmelzbares Flussmittel hergestellt und wiesen ausgezeichnete Eigenschaften in Hydrochinon geladenen Schwefelsäure-Elektrolyten mit hohen Energiedichten (bis zu 133,0 Wh kg–1) und guten Zyklusstabilitäten auf. Diese Eigenschaften sind bereits jetzt vergleichbar mit denen von Batterien. Weiterhin wurden unter Verwendung von Acrodamoligomeren als Vorstufe und mit Hilfe der kostengünstigenDer Superkondensator ist einer der wichtigsten Energiespeicher da seine Konstruktion die Lösung vieler Nachteile von Batterien erlaubt. Allerdings weisen derzeitige Systeme noch zu geringe Energiedichten auf. Um Superkondensatoren mit Energiedichten vergleichbar zu Batterien zu ermöglichen, wurden in der vorliegenden Dissertation neue, heteroatomhaltige Kohlenstoffe in Form von Partikeln und Filmen untersucht. Aufgrund geringer Kosten, hohen Ausbeuten, Polymerisierbarkeit usw. wurde die stickstoffhaltige Substanz Acrodam als Kohlenstoffvorstufe verwendet. Die Kohlenstoffpartikel wurden ausgehend von Acrodam zusammen mit Cäsiumacetat als schmelzbares Flussmittel hergestellt und wiesen ausgezeichnete Eigenschaften in Hydrochinon geladenen Schwefelsäure-Elektrolyten mit hohen Energiedichten (bis zu 133,0 Wh kg–1) und guten Zyklusstabilitäten auf. Diese Eigenschaften sind bereits jetzt vergleichbar mit denen von Batterien. Weiterhin wurden unter Verwendung von Acrodamoligomeren als Vorstufe und mit Hilfe der kostengünstigen Rotationsbeschichtung leitfähige, dreidimensionale Kohlenstofffilme hergestellt. Bei einer Karbonisierungstemperatur von 1000 °C konnten die Materialien als homogene, flache, Hohlraum-und Riss-freie Filme erhalten werden, die eine hohe Leitfähigkeit (bis zu 334 S cm–1) aufwiesen. Darüber hinaus konnte mit einem organischen Templat ein dreidimensionaler, poröser Kohlenstoff geformt werden. Dies zeigt das Potential der Filme für verschiedene Anwendungen wie Superkondensatorelektroden; die Abwesenheit von Übergangswiderständen im Netzwerk sollte zu einem effizienten Transport von Elektronen in der Elektrode beitragen. Die Ergebnisse dieser Dissertation werden neue Wege zur Verbesserung der Energiedichte von Superkondensatoren sowie weiteren Anwendungen eröffnen.…