LOGO

BAB IKONDUKSI LISTRIK

ELEKTROKIMIA

Elektrokimia mempelajari hubungan antara perubahan kimia dengan aliran listrik.

Oleh karena itu ada baiknya bila pembahasan elektrokimia diawali dengan konsep dasar listrik dan bagaimana listrik mengalir.

1.1 Muatan Listrik dan Arus Listrik

Listrik sering dianggap seolah-olah sebagai suatu fluida yang mampu mengalir melalui beberapa zat yang disebut konduktor listrik, namun tidak mampu mengalir melalui zat yang disebut isolator listrik.

Kita menyebut jumlah fluida tersebut sebagai muatan listrik (electric charge) atau jumlah listrik yang dilambangkan dengan Q yang mempunyai satuan Coulomb.

Misal listrik mengalir melalui suatu konduktor yang mempunyai penampang seragam seperti silinder di bawah. Bila muatan dQ mengalir melalui bidang pada x=0 dengan waktu interval dt, maka arus listrik (electric current), I akan mengalir sebesar dQ/dt.

Sehingga I = dQ/dt (1.1.1)

Satuan arus listrik adalah Ampere, sebanding dengan 1 Coulomb per detik.

Selain itu kita juga mengenal istilah densitas/rapat arus (current density). Bila arus I mengalir melalui permukaan dengan luas A, maka rapat arus sama dengan,

i = I/A dengan satuan ampere/m2

(1.1.2)Area A

I I

I Ix = 0 x

Dengan menganggap listrik sebagai aliran fluida, listrik lebih bersifat seperti liquid daripada seperti gas, karena listrik bersifat incompressible. Artinya arus listrik yang mengalir di manapun sepanjang kawat, nilainya adalah sama.

Di dalam kebanyakan kasus, arus listrik mengalir melalui lintasan yang tertutup yang disebut sirkuit. Sirkuit sederhana dapat dilihat di bawah ini, di mana suatu alat yang disebut sumber arus memompa fluida listrik dan menyebabkan arus mengalir melalui konduktor. Simbol –A— menunjukkan ammeter, suatu alat yang digunakan untuk mengukur arus listrik. Ammeter yang ditempatkan di sembarang tempat di dalam sirkuit akan memberikan pembacaan yang sama.

Dengan mengukur arus sepanjang suatu interval waktu, misal dari t1 ke t2, kita dapat menghitung jumlah total muatan listrik sebagai:

1.1.3I IA

sumber arus

2

1

t

tIdtQ

1.2 Potensial listrik dan medan listrik Seperti halnya air di dalam pipa, di mana tekanan pada x=0 harus lebih besar daripada tekanan pada posisi yang lain, demikian pula dengan potensial listrik di dalam kawat. Potensial listrik dilambangkan sebagai dengan satuan Volt.

Potensial listrik tidak dapat diukur, yang bisa diukur hanya perbedaannya saja yang disebut dengan perbedaan potensial listrik, , di mana kuantitasnya disebut voltage.

Voltmeter –V— adalah alat untuk mengukur perbedaan potensial listrik. Alat ini mempunyai dua ujung, yaitu ujung merah dan hitam. Voltmeter mengukur perbedaan potensial listrik dari ujung merah terhadap ujung hitam.

Voltmeter menghitung perbedaan potensial dari bidang x=x terhadap bidang x=0 sebesar:

(x) - (0) (1.2.1)

Beda potensial ini akan bernilai negatif karena potensial listrik lebih besar ke arah ujung kiri konduktor.

Kekuatan medan listrik, X (Volt per meter) adalah beda potensial per satuan jarak, sehingga:

(1.2.2)

(1.2.3)

I Ix = 0 xA

Vblack red

dxdX

xx

x

)()( 0

1.3 Hukum Ohm Hukum Ohm menyatakan bahwa bila listrik mengalir melalui konduktor listrik, rapat arus akan sebanding dengan kuat medan:

(1.3.1)

Konstanta proporsionalitasnya dikenal sebagai konduktivitas listrik (satuannya Siemens per meter (S/m), di mana 1 Siemens (S) sama dengan 1 Ampere per volt), di mana kebalikannya disebut ketahanan (resistivity).

(1.3.2)

Konduktivitas listrik merupakan property karakteristik dari material yang tidak tergantung pada geometri sample.

Xi

dxdXi

Hukum Ohm juga dapat dinyatakan sebagai proporsionalitas dari arus yang melalui material konduktor dengan beda potensial yang melaluinya.

(1.3.3)

Atau sebaliknya

(1.3.4) Konstanta G dan R adalah konduktans (conductance)

dengan satuan Siemens (dulu disebut ‘mho’) dan tahanan (resistance) dengan satuan Ohm. Kuantitas ini sangat tergantung pada geometri sample. Untuk konduktor dengan panjang L dan luas area seragam A, konduktivitas listrik dapat dinyatakan sebagai:

(1.3.5)

Bila konduktivitas dan/atau luas area bervariasi terhadap panjang koordinat maka tahanan harus dihitung dengan integrasi yang sesuai:

(1.3.6)

Hukum Ohm tidak berlaku secara universal. Hukum ini tidak diaplikasikan ke dalam sel-sel elektrokimia.

Suatu alat yang mempunyai tahanan yang stabil dan diketahui disebut resistor. Bila arus, I,mengalir melalui resistor dengan tahanan, R, maka energi yang didisipasikan sebagai panas adalah I2R (Watt)

GI

RI

I

LA

RG

1

L

xAxdx

xiAd

IR

0 )()()(

Soal

1.2. Hitunglah resistance dari batang grafit sepanjang 10 cm dengan diameter 7.5 mm. Hitung kembali resistance-nya bila batang tsb mengecil ujungnya dari diameter 9 mm pada salah satu ujungnya menjadi 6 mm pada ujung yang lain. Diketahui konduktivitas listrik () grafit adalah 4x104 S/m.

1.4 Klasifikasi Konduktor Konduktivitas listrik dari suatu material

merupakan ukuran sejauh mana suatu material mampu menghantarkan listrik. Harga bervariasi mulai dari nol untuk vakum hingga tak berhingga untuk superkonduktor.

Meski kita sering mengklasifikasikan material sebagai konduktor dan isolator, namun tidak terdapat batas yang jelas di antara keduanya. Material adalah konduktor atau isolator karena struktur kimianya dan mobilitas elektron dan spesies kimianya yang bermuatan yang bertanggung jawab terhadap konduktivitas listrik.

Di antara berbagai cara, ada dua cara yang paling penting untuk mengukur konduktivitas listrik, yaitu metode empat terminal dan ac impedance. Metode empat terminal adalah dengan mengukur I, , A, dan x untuk menghitung .

Berdasarkan sifatnya sebagai pembawa muatan (charge carrier), material dapat dibedakan sebagai:

konduktor - konduktor elektronik

- konduktor ionik

material isolator

Konduktivitas listrik dari berbagai material (kebanyakan pada 298 K)

Material (Sm-1) Pembawa muatanSuperconductor (suhu rendah)AgCuHgC (graphite)Doped polypyrroleLeburan KCl (pada 1043 K)5.2 M H2SO4 (asam baterai)Air lautGe0.1 M KClH2OGelas khususTeflonVacuum dan kebanyakan gas-gas

6.3 x 107 6.0 x 107

1.0 x 106

4 x 104

6 x 103

217825.22.21.3

5.7 x 10-6

3 x 10-10

10-15

0

Pasangan elektronElektronElektronElektronElektron pi Elektron piK+ dan Cl-

H+ dan HSO4-

Kation dan anionElektron dan lubangK+ dan Cl-

H+ dan OH-

Kation univalen?Konduktivitas listrik dari bahan isolator bervariasi karena

sangat dipengaruhi oleh pengotor (impurities)

Konduktor elektronik memiliki konduktivitas karena adanya elektron-elektron yang bergerak. Semua logam adalah konduktor elektronik.

Beberapa oksida dan sulfida anorganik (seperti PbO2 dan Ag2S) juga mengalirkan listrik dengan aliran elektron. Material-material ini dan kebanyakan semikonduktor lain mempunyai konduktivitas karena adanya kelebihan/excess elektron (type n/negative) atau kekurangan/deficit elektron (type p/positive) dibandingkan dengan jumlah yang diperlukan untuk membentuk ikatan-ikatan kovalen dari kisi kristal semikonduktor.

Pada semikonduktor type p, elektron yang hilang disebut “lubang/hole”, dan konduktivitas listrik disebabkan karena pergerakan lubang yang bermuatan positif ini. Sebenarnya elektronlah yang berpindah mengisi lubang, dan karenanya elektron tsb meninggalkan lubang, dst.

Semikonduktor intrinsik mengalirkan baik elektron maupun lubang. Contoh: Hg0.8Cd0.2Te pada suhu kamar, Si, Ge, Gallium arsenide

Elektron pi adalah pembawa muatan di beberapa material, seperti grafit, polimer-polimer konduktif: polypyrrole, mengalirkan listrik dengan pergerakan lubang elektron pi.

Garam organik kristal tertentu, seperti TTF-TCNQ (tetrathia – fulvalene tetracyanoquonidimethane) dikenal sebagai metal organik dan juga menghantarkan listrik melalui pergerakan elektron pi.

Note: pi electronIn chemistry, pi bonds (π bonds) are covalent chemical bonds where two lobes of one involved atomic orbital overlap two lobes of the other involved atomic orbital. These orbitals share a nodal plane which passes through both of the involved nuclei.

Electrons in pi bonds are sometimes referred to as pi electrons.

Kelas kedua dari material yang mengalirkan listrik adalah konduktor ionik yang terdiri dari anion dan/atau kation. Contoh: asam, basa, dan garam di dalam air dan liquid lain.

Konduktor ionik solid (elektrolit solid) biasanya hanya mempunyai satu jenis ionik yang bergerak baik anion (seperti ZrO2 pada suhu tinggi yang membiarkan ion oksida O2- untuk bermigrasi pada kisinya) atau kation (misal RbAg4I5 di mana Ag+ yang bergerak meski pada suhu kamar).

Sedikit material mengalirkan listrik melalui konduksi listrik dan ionik (konduksi campuran). Contohnya adalah gas panas yang disebut plasma, yang terdiri dari ion-ion positif dan elektron bebas. Contoh lain adalah hidrogen yang terlarut dalam logam Pd. Konduksi di sini melibatkan pergerakan proton (ion hidrogen) dan elektron. Larutan yang mengandung logam Na yang melarut dalam amonia liquid, juga menunjukkan konduksi campuran.

n and p – type Semiconductor

Neither pure silicon (Si) nor germanium(Ge) are great conductors. They form a crystal lattice by having each atom share all of its 4 valence electrons with neighbouring atoms.

The total of eight electrons can not easily be jiggled out of place by an incoming current.

If , however, the crystalline array is “doped”(mixed with an impurity) with arsenic which has five valence electrons, the behaviour of the lattice will change. Four bonds will be still be made but there will be a leftover electron that can wander through the crystal.

This is called an n-type semiconductor.

n - type semiconductor

Boron can also be used to dope a pure crystal of silicon. But since boron only offers 3 of the four electrons that a silicon atom needs, each silicon center is left with a hole.

Semiconductors made in this manner are called p-type.

In a p-type material if an atom from a neighbouring atom fills the hole, it will leave a hole adjacent to it.

This process will continue in a domino effect and the hole will be moving in the direction opposite to electron-flow. In reality the atoms are remaining fixed in the lattice, but there is an illusion that the holes are physically moving.

p - type semiconductor

konduktor

Konduktor elektronik

Konduktor campuran

Konduktor ionik

logam

Beberapa oksida dan sulfida anorganik

semikonduktor1. Type n2. Intrinsik3. Type p

Metal organik dan polimer konduktif

Plasma

Beberapa solid dan larutan

Larutan elektrolit

Leburan garam

Konduktor ionik solid

Kristal yang didoping

MobilitasMari kita lihat mekanisme konduksi dari sisi pembawa muatan itu sendiri. Arus listrik sama dengan laju di mana muatan mengalir melalui sembarang bidang tegak lurus terhadap arah alirannya.

arus listrik

=

laju di mana muatan melintasi sembarang bidang

=

Jumlah pembawa muatan per satuan volume

Luas penampang

Muatan pada masing-masing pembawa

Laju pembawa rata-rata

Atau secara simbolis:I = dQ/dt = (NAci)(A)(Qi)(vi) (1.5.1)Di mana subskrip ‘i’ menunjukkan property yang berhubungan dengan pembawa muatan tertentu. ci adalah konsentrasi, Qi adalah muatan dan vi adalah kecepatan rata-rata di dalam arah perpindahan arus. NA adalah bilangan Avogadro = 6.022x1023/mol dan A adalah luas penampang.

Area A

I I

I Ix = 0 x

Bila zi (jumlah muatan) = Qi/Qe, di mana Qe = 1.6022x10-19 C, maka

Qi = ziQe 1.5.2 Dari hasil percobaan diketahui bahwa kecepatan

pembawa muatan adalah sebanding dengan gaya yang diberikan ke pembawa muatan, di mana gaya itu sebanding dengan kekuatan medan listrik, sehingga:

vi fi X d/dx 1.5.3 Harga absolut dari ratio kecepatan terhadap medan

disebut mobilitas pembawa muatan ( lambang ‘u’ satuan m2 V-1 s-1), namun arah dari pergerakannya tergantung pada tanda muatan. Hal ini dapat dinyatakan sebagai:

vi = uiX = -(zi/|zi|) ui (d/dx) 1.5.4 Mobilitas elektron di dalam logam perak adalah ue-

= 6.7x10-3 m2 V-1 s-1, meski elektron bergerak lebih lambat di dalam logam-logam lain.

Mobilitas dari suatu ion di dalam larutan berair lebih kecil dari harga tsb di atas sebesar faktor 105.

Mobilitas Ion (uo) pada Larutan yang sangat encer pada 298 K

Ionic Mobilities(Water 25°C)

Ion u(m 2 s-1V -1)

IonicRadius(pm )

H + x

Li+ x 59Na+ x 102K +

x 138Rb+ x 149Zn2+ x

Ionic Mobilities(Wa ter 25°C)

Ion u(m 2 s-1V -1)

CationsH + x Na+ x K + x Zn2+ x

AnionsOH - x Cl- x Br- x SO 4

2- x

Cu2+ 58.6x10-9

Ag+ 64.2x10-9

Mg2+ 55x10-9

Li+ 40.1x10-9

NH4+ 76.1x10-9

NO3- 74x10-9

CO32-

HCO3- 46.1x10-9

71.8x10-9

Bila persamaan 1.5.4 dan 1.5.2 dimasukkan ke dalam persamaan 1.5.1 maka diperoleh:

1.5.5

Hasil kali antara NAQe adalah konstanta Faraday, yaitu:

F = (6.022x1023 /mol) (1.6022x10-19 C) = 96485 C/mol 1.5.6

• Terlihat bahwa harga F sangat besar, artinya sedikit reaksi kimia memerlukan banyak listrik, atau sebaliknya sedikit perubahan kimia menghasilkan banyak listrik. Di sinilah letak keuntungan dari ilmu elektrokimia.

• Persamaan 1.5.5 valid hanya untuk konduktor yang mempunyai satu jenis pembawa muatan. Bila terdapat beberapa, maka kita dapat menggunakan persamaan :

• atau 1.5.7

dxdcuzQANI iiieA

i

iii cuzdxdAFI

i

iii cuzdxdFi

Perlu dicatat bahwa untuk anion dan kation, masing-masing dari suku |zi|, ui, dan ci bernilai positif. Artinya pergerakan dari anion-anion dan kation-kation memberikan kontribusi tanda yang sama pada arus total.

Hal ini disebabkan meski anion dan kation bergerak di dalam arah yang berlawanan, kedua pergerakan itu berhubungan dengan pergerakan muatan listrik dalam arah yang sama sebagai kation. Seperti diilustrasikan di bawah:

Bila ada pembawa muatan tunggal yang negatif, seperti elektron di dalam logam, arah aliran arus adalah berlawanan dengan arah pergerakan pembawa muatan.

Area A

I I

I Ix = 0 x

Bilangan Transport (Transport Number)

Fraksi dari arus total yang dibawa oleh salah satu pembawa muatan disebut bilangan transport dari suatu jenis (species).

Dari persamaan 1.5.7, bilangan transport ti dari jenis i adalah:

1.5.8

Pergerakan ion semacam ini disebut migrasi. Perbandingan antara persamaan 1.5.7 dengan 1.3.2

mengantarkan pada hasil yang penting, yaitu:

1.5.9

Meski kebanyakan dipakai untuk konduktor ionik, persamaan ini dapat digunakan untuk semua jenis pembawa muatan.

Buku-buku elektrokimia memberikan istilah |zi|Fui sebagai konduktivitas ionik ekuivalen dan Fui sebagai konduktivitas ionik molar. Sayang keduanya sama-sama mempunyai simbol .

iiii

iiii cuz

cuzt

iii

i cuzF

Di dalam larutan yang mengandung satu jenis anion (i = -) dan satu jenis kation (i = +), hubungan elektronetralitas menghendaki bahwa z+c+ = -z-c-. Dalam kondisi seperti ini dapat ditentukan bahwa:

1.5.11

disebut konduktansi ekuivalen (equivalent conductance) dari larutan.

Sayangnya simbol ini juga digunakan untuk melambangkan konduktansi molar (molar conductance) dari suatu larutan elektrolit, di mana konduktansi molar = konduktivitas dibagi konsentrasi elektrolit.

)(

uuFczcz

1.6. Perbedaan Potensial Kontak

Semula kita asumsikan bahwa voltmeter mampu mengukur perbedaan antara 2 potensial listrik jauh di dalam konduktor silinder ( biasanya disebut potensial Galvani atau potensial dalam).

Kenyataannya semua voltmeter sebenarnya mengukur perbedaan potensial di antara kedua terminalnya, yang biasanya terbuat dari tembaga.

Bila konduktor silinder yang diukur misalnya terbuat dari Pb, maka seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas bahwa sebenarnya perbedaan potensial antara titik C dan D adalah yang diukur oleh voltmeter.

Pb B A

Vblack red

C DCuCu

Sehingga E menunjukkan pembacaan voltmeter, di mana E = D - C

Perbedaan potensial antara titik A dan B dinyatakan sebagai:

E = (D - A)+(A - B )+(B - C) = - (A - D)+(B - C) Di mana A - D atau B - C disebut perbedaan kontak

potensial atau perbedaan potensial antara timbal dan tembaga.

Karena kedua material tersebut sama maka A - D = B - C sehingga E =

Hal ini tidak akan berlaku bila ujung voltmeter dikontakkan pada 2 material yang berbeda, misalnya Pb dan Au seperti di bawah ini:

Vblack red

C DCuCu

Pb Au

(Au - Pb) = E+(Au - Cu )-(Pb - Cu) = E+Au/Cu -Pb/Cu

Prinsip secara umum menyatakan bahwa tidaklah mungkin mengukur perbedaan potensial listrik antara dua titik, kecuali kedua titik itu berada pada fasa yang sama atau fasa tertentuk dengan komposisi yang sama.

Hal ini berlaku untuk konduktor ionik maupun elektronik.

Perbedaan potensial antara dua titik di dalam konduktor titik tidak dapat diukur meskipun komposisi kimianya sama, karena ‘voltmeter ionik’ hingga saat ini belum ditemukan.

Sebagai solusinya, kita bisa menggunakan voltmeter elektronik yang dihubungkankan dengan elektroda ke dalam konduktor ionik.

Bila kedua batang Pb dan Au dikontakkan, maka segera voltmeter akan menunjukkan angka 0.

Terbukti bahwa elektron-elektron terdistribusi sendiri di antara keempat batang logam. Dengan demikian:

(Au - Pb) = E+(Au - Cu )-(Pb - Cu) = 0+Au/Cu -Pb/Cu

Vblack red

C DCuCu

Pb Au

Problems1. The conductivity of copper is 6x107 S/m.

Assuming that each copper atom has 2 mobile electrons, use equation 1.5.9 to calculate the mobility of electrons in copper. Copper wire of 1.63 mm diameter is carrying 25 A of DC current. Calculate the average speed of an electron! Density of Cu = 0.063546 kg/mol; MW = 8960 kg/m3.

2. Use the tabulated mobilities to calculate the conductivity of 2.55 mM aqueous solution of CuCl2. What is the resistance between opposite faces of a cube of this solution with edge length 3 cm? (uo Cu2+ = 58.6x10-9 m2/V.s dan uo Cl- = 7.91x10-8

m2/V.s). What is the transport numbers of Cu2+ and Cl-?

Kapasitansi Kapasitansi diukur dalam satuan Coulomb/volt atau

Farad. C = Q/-E =- Idt/E = A/L adalah permitivitas dari isolator yang mengisi

ruang di antara dua keping logam sejajar. Besarnya adalah antara 20 pF/m sampai 900 pF/m untuk kebanyakan liquid dan gas.

Alat yang dapat menyimpan energi (kapasitansi) disebut kapasitor. Kapasitor dapat digunakan sebagai integrator arus (current integrator)

Kapasitor menyimpan energi sebesar Q2/2C Di dalam sirkuit, di mana sebuah tahanan dan

kapasitor dipasang secara seri dan dihubungkan melalui saklar ke sumber tegangan konstan, muatan dapat dihitung sebagai:

RCt

RE

dtdQI

RCtECQ

source

source

exp

,exp

1

constant voltage source

A

+ -

V

V

V

C

CE

I

red

redR

RE

red

Initial current = Io = Esource/R

I = Io/e = 0.37 Io

RC = time constant of circuit = the rate of fall

I

t

Problems1. Berdasarkan gambar sirkuit di atas,

bila R = 740 k, C = 2 F dan sumber tegangan konstan = 12 V, berapa arus yang mengalir setelah 3 detik saklar ditutup? Selama waktu itu, berapa energi yang didisipasikan oleh tahanan dan energi yang disimpan oleh kapasitor?

2. Arus sebesar 1.7 mA mengalir ke dalam kapasitor 16 F selama 1.5 detik. Berapa perbedaan potensial yang diperoleh dan berapa energi yang disimpan?

Capacitor Capacitor is an electronic device that stores and

delivers charge as well as energy. There are two types of capacitor: electrolytic

capacitor and electrochemical capacitor. Electrolytic capacitor comprises of two metal surfaces that constitute electrodes separated at a small distance by air, vacuum, liquid, or solid film, being referred as ‘dielectric’.

The capacitance is proportional to the area of the parallel plates (electrodes) and the permittivity of the dielectric between two plates and inversely proportional to the distance between two parallel plates.

A » d2

Where C is capacitance (Farad), Q is charge (Coulomb), V is potential (Volt), I is current (Ampere), t is time (second), is permittivity of dielectric (Fm-1), A is conductor or plate surface area (m2), and d is dielectric thickness or distance between the two plates in (m).

Dielectric constant (relative permittivity) is a ratio of a material permittivity to vacuum permittivity, 8.85419x10-12 F/m.

dA

VtI

VQC

The ratio of the charge magnitude on each plate to the electric potential (voltage) between the plates is known as capacitance. The energy stored in a capacitor is the energy required to move the stored charge through the potential of the capacitor.

Dielectric is inserted between the plates in order to keep the charges separate. So dielectric must be non-conductive -- an electrical insulator. As the charge and voltage on a given capacitor are increased, at some point the dielectric will no longer be able to insulate the charges from each other. The dielectric then exhibits dielectric breakdown, or high conductivity in some areas, which tends to lower the stored energy and charge, generating internal heat. This phenomenon, undesirable in most capacitor applications, occurs at the capacitor's breakdown voltage.

A parallel plate capacitor

Electrochemical Capacitor

Electrochemical capacitors (ECs) are a special kind of capacitor based on charging and discharging the interfaces of high specific-area materials such as porous carbon materials or porous oxides of some metals.

They can store electric charge and the corresponding energy at high densities in a highly reversible way, as does a regular capacitor, and can be operated at specific power densities (in watts/kg) substantially higher than can most batteries. Their capacitance for a given size of the device is thus much higher, by a factor of 10,000 or so, than those achievable with regular capacitors. For this reason proprietary names such as "Supercapacitors" or "Ultracapacitors" have been coined to describe their performance.

The energy density (E in Joule kg-1) of a capacitor can be formulated as:

While power density (P in Watt kg-1) of a capacitor can be written as:

Where C is specific capacitance (Farad kg-1), V is potential (Volt), and t is time (seconds)

Capacitors store energy, the amount of stored energy being:

Where C is capacitance (Farad), Q is charge (Coulomb).

)( 2221 if

V

VVVCCVdVE f

i

tVV

Cdt

dVCVP if

t

V

V

f

i)( 22

21

0

CQ2

2

1. Electric Double Layer Capacitor (EDLC)

Carbon is frequently used in double layer capacitor because of (1) low cost, (2) high surface area, (3) availability, and (4) established production technologies. Carbons are available with a specific surface area of up to 2500 m2g-1 and fabricated as powders, clothes, felts, and fibers.

Configuration of an EDLC requiring two electrodes and thus two double-layers.

Model of the double layer developed by Graham

Niu et al [71] reported a specific capacitance of carbon nanotube sheet electrodes as high as 102 F.g-1.

Xu et al [72] prepared activated carbon fibers with high surface area and highly mesoporous structure for EDLC from polyacrylonitrile fibers by NaOH activation. The specific capacitances were measured in different electrolytes which resulted in different specific capacitances, i.e 371 F.g-1 in 6 M KOH, 213 F.g-1 in 1 M LiClO4/PC and 188 F.g-1 in ionic liquid composed of lithium bis(trifluoromethane sulfonyl)imide (LiN(SO2CF3)2, LiTFSI) and 2-oxazolidinone (C3H5NO2, OZO).

Panić et al [73] used commercial carbon blacks, Black Pearls 2000® (BP) and Vulcan® XC 72R (XC) to prepare EDLCs. BP has higher active surface area than XC. As a result, BP showed higher specific capacitance as high as 310 F.g-1 than XC which had a specific capacitance as much as 27 F.g-1 based on cyclic voltammetry measurements.

It is obvious that the specific capacitance of an EDLC depends on the active surface area of carbon and its dispersion method.

Pseudocapacitor Charge storage and delivery in EDLC are based on

the charge stored in the double layer. On the other hand, pseudocapacitors store and deliver charges through Faradaic reaction (oxidation and reduction reactions), involving the changes in the oxidation numbers of the electrode materials. Materials for pseudocapacitors usually are metal oxides which have several oxidation states. Ruthenium dioxide (RuO2) is the best example material for a pseudocapacitor, as it has almost constant capacitance over a wide voltage range, excellent reversibility, and long cycle life. Besides, the capacitances of pseudocapacitors are higher by as much as an order of magnitude over that of EDLCs

The specific capacitances of anhydrous RuO2 have been reported to be 284 F.g-1 for RuO2 crystals grown on LiNbO3 (100) and 178 F.g-1 on Al2O3 (0001) substrates [22]. Hydrous RuO2 exhibits even larger specific capacitance as high as 720 F.g-1 when prepared by sol-gel method [17], and 740-1300 F.g-1 when prepared by anodic deposition technique using membrane-templated synthesis route.

Gold Capacitors from Panasonic/Matsushita was the first commercial ECs appeared in the market in 1978. Later NEC/Tokin launched Supercap in 1980. Two other Japanese companies entered into markets in the end of eighties, Dynacap from ELNA and Polyacene Capacitor/Battery from Seiko instruments. All of those products have voltage in the range 2.3-6 V and capacitance values of 10-2 to several Farads. Tokin also offers capacitors at 11 V. The products are suitable for electronic applications. Nowadays several hundred million ECs are manufactured and shipped per year.

The applications of ECs: For backup power sources for memories,

microcomputers, system boards, clocks, pocket calculators, cameras, electronic agendas and organizers, mobile phones, and pagers. In these applications there are main power sources, e.g. batteries that supply the loads. In cases of disconnection or turn-off of the primary source, contact problems, etc. the ECs can supply the critical power for seconds to minutes.

For main power sources, for example in toys applications. The ECs delivers one or several large current pulses of several ms to several seconds duration. Afterwards the EC is recharged by a power supply of low power rating.

For alternating power sources, e.g. day-night basis. During the day the electric load is supplied by, e.g. solar cells, which also recharge the EC. During the night the power is delivered by EC. Typical applications are solar watch and solar lanterns