Supercapacitors are promising electrochemical energy storage devices due to their prominent performance in rapid charging/discharging rates, long cycle life, stability, etc. Based on a recently proposed stack-electrode model, this work develops a matched asymptotic expansion method to derive a generalized equivalent circuit model for the description of the charging dynamics of supercapacitors with porous electrodes. Coupling leading-order solutions between every two stacks by continuity of ionic concentration and fluxes leads to an ODE system, which is a generalized equivalent circuit model for zeta potentials, with the potential-dependent nonlinear capacitance and resistance determined by physical parameters of electrolytes, e.g., specific counterion valences for asymmetric electrolytes. Linearized stability analysis on the ODE system after projection is developed to characterize the charging timescale. Validity of the derived asymptotic solutions is numerically verified. Further numerical investigations on the charging timescale demonstrate that the proposed generalized equivalent circuit model, as well as companion linearized stability analysis, can faithfully capture the charging dynamics of symmetric/asymmetric electrolytes in supercapacitors with porous electrodes.


翻译:超强电容器具有极好的电化学能量储存装置,因为它们在快速充电/充电率、较长周期寿命、稳定性等方面表现突出。 根据最近提出的堆肥-电极模型,这项工作开发了一个匹配的无线扩展方法,以获得一个通用的等效电路模型,用于描述使用多孔电极的超级电电容器充电动态。通过离子浓度和通量的连续性,将每两堆电磁电离子之间的前导序列溶液结合成一个ODE系统,这是一个对zeta潜力的通用等效电路模型,其潜在的依赖非线性非线性电动能和耐力由电解体物理参数确定,例如,对不对称电解体的具体反电解值。在进行预测后,对ODE系统进行线性稳定性分析,以描述充电时间尺度。对衍生的电荷溶液的有效性进行了数字核查。在充电时间尺度上进行进一步的数字调查表明,拟议的通用等电模型以及相伴的线性稳定性分析,可以忠实地捕捉到对等/对等电解/对等电解的电容器的电磁的电压。

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