Investigation of kinetics and equilibrium characteristics of electrical double layer capacitors

Günümüzde enerji depolama sistemlerine olan ihtiyaç, enerji verimliliğini artırmaya ve ölçeklenebilirliği geliştirmeye yönelik önemli yeniliklere öncülük etmiştir. Bu bağlamda, süperkapasitörler ve özellikle Elektrik Çift Tabaka Kapasitörleri (EDLC'ler), hem teorik hem de pratik açıdan büyük bir araştırma ve geliştirme potansiyeli sunmaktadır. Bu çalışmada, EDLC'lerin kinetik ve yapısal denge özellikleri, Moleküler Dinamik (MD) simülasyonları kullanılarak detaylı bir şekilde incelenmiştir. Araştırmada, gözenek boyutu (7.78 Å ve 14.75 Å), çözücü dipol momenti (0.91 D ile 6.18 D arasında) ve uygulanan voltaj (1 V ve 2 V) gibi parametrelerin performans üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Toplamda yirmi farklı sistem simüle edilerek bu parametrelerin EDLC'nin enerji ve güç yoğunluklarına olan etkisi analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, gözenek boyutu ve elektrot voltajının kapasitans ile karmaşık ve hassas bir ilişki içinde olduğunu göstermektedir. 14.75 Å gözenek boyutuna sahip sistemlerde, çözücü dipol momenti ile kapasitans arasında tutarlı ve pozitif bir ilişki gözlemlenmiştir. Ancak, dar gözenek boyutuna sahip sistemlerde (7.78 Å), bu ilişki 2.88 D'den yüksek dipol momentlerinde tersine dönmüş ve kapasitansın çözücü polaritesi ile karmaşık bir etkileşim içinde olduğu ortaya konmuştur. Buna ek olarak, gözenek içindeki elektrolit davranışları incelendiğinde, iyon dağılımlarında önemli farklılıklar gözlemlenmiştir. Dar gözenekler yoğun iyon tabakalaşması gösterirken, geniş gözenekler daha homojen bir iyon dağılımını desteklemiştir. Bu bulgular, EDLC'lerin performansını artırmak için gözenek boyutu, çözücü polaritesi ve uygulanan voltaj gibi yapısal ve elektrokimyasal parametrelerin dikkatli bir şekilde optimize edilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır.