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On the development of an original mesoscopic model to predict the capacitive properties of carbon-carbon supercapacitors

Authors :
Céline Merlet
El Hassane Lahrar
Patrice Simon
Anouar Belhboub
Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)
Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E)
Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE)
Collège de France (FRANCE)
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE)
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE)
Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE)
Sorbonne Université (FRANCE)
Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE)
Université de Nantes (FRANCE)
Université de Picardie Jules Verne (FRANCE)
Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE)
Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE)
Université de Montpellier (FRANCE)
Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Source :
Electrochimica Acta, Electrochimica Acta, 2019, 327, pp.135022. ⟨10.1016/j.electacta.2019.135022⟩, Electrochimica Acta, Elsevier, 2019, 327, pp.135022. ⟨10.1016/j.electacta.2019.135022⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

We report on the development of an original mesoscopic lattice model to predict structural, dynamical and capacitive properties of carbon-carbon supercapacitors. The model uses input from molecular simulations, such as free energy profiles to describe the ion adsorption, and experiments, such as energy barriers for transitions between lattice sites. The model developed is approximately 10,000 times faster than common molecular simulations. We apply this model to a set of carbon structures with well-defined pore sizes and investigate the solvation effect by doing simulations with neat ionic liquids as well as acetonitrile-based electrolytes. We show that our model is able to predict quantities of adsorbed ions and capacitances in a range compatible with experimental values. We show that there is a strong dependency of the calculated properties on the pore size and on the presence or absence of solvent. In particular, for neat ionic liquids, larger capacitances are obtained for smaller pores, while the opposite trend is observed for organic electrolytes.<br />Comment: Preprint

Details

Language :
English
ISSN :
00134686
Database :
OpenAIRE
Journal :
Electrochimica Acta, Electrochimica Acta, 2019, 327, pp.135022. ⟨10.1016/j.electacta.2019.135022⟩, Electrochimica Acta, Elsevier, 2019, 327, pp.135022. ⟨10.1016/j.electacta.2019.135022⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....332ca1d3eb32765bc30b739f73c6137a
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135022⟩