Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю
У роботі досліджувалися процеси функціонування гібридних конденсаторів, в яких позитивними електродами були композити Ni(OH)₂ + С і Ni(OH)₂ + MoO₃ + С, що формувалися шляхом механохемічного змішування відповідних компонентів у співвідношенні 70:30 та 70:15:15 відповідно, до та після лазерного опромі...
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2016
|
| Schriftenreihe: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/117594 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю / О.М. Хемій, І.М. Будзуляк, Л.С. Яблонь, Д.І. Попович, О.В. Морушко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2016. — Т. 14, № 1. — С. 147-155. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-117594 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1175942017-05-26T03:03:14Z Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю Хемій, О.М. Будзуляк, І.М. Яблонь, Л.С. Попович, Д.І. Морушко, О.В. У роботі досліджувалися процеси функціонування гібридних конденсаторів, в яких позитивними електродами були композити Ni(OH)₂ + С і Ni(OH)₂ + MoO₃ + С, що формувалися шляхом механохемічного змішування відповідних компонентів у співвідношенні 70:30 та 70:15:15 відповідно, до та після лазерного опромінення, а неґативною електродою — нанопористий вуглець. Показано можливість їх сумісного функціонування; найвищі питомі характеристики встановлено для пари [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] при струмі у 10 мА. Виявлено, що кулонівська ефективність виходить на насичення протягом перших 100 циклів, яке для гібридної системи [(Ni(OH)₂ + C)]–[C] становить 75%, а для системи [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] — 94%. Для низьких частот кут нахилу Варбурґової прямої для гібридних систем [laser (Ni(OH)₂ + C)]–[C] і [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] зменшується у порівнянні з системою [Ni(OH)₂]–[C], що свідчить про наявність швидких оборотніх окиснювально-відновних реакцій. В работе исследовались процессы функционирования гибридных конденсаторов, в которых положительными электродами были композиты Ni(OH)₂ + C и Ni(OH)₂ + MoO₃ + C, которые формировались путём механохимического смешивания соответствующих компонентов в соотношении 70:30 и 70:15:15 соответственно, до и после лазерного облучения, а отрицательным электродом — нанопористый углерод. Показана возможность их совместного функционирования; высокие удельные характеристики установлены для пары [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] при токе 10 мА. Обнаружено, что кулоновская эффективность выходит на насыщение в течение первых 100 циклов, которое для гибридной системы [(Ni(OH)₂ + C)]–[C] составляет 75%, а для системы [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] — 94%. Для низких частот угол наклона прямой Варбурга для гибридных систем [laser (Ni(OH)₂ + C)]–[C] и [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] уменьшается по сравнению с системой [Ni(OH)₂]–[C], что свидетельствует о наличии быстрых обратимых окислительно-восстановительных реакций. In a given paper, processes of functioning hybrid capacitor, in which positive electrodes are composites Ni(OH)₂ + С and Ni(OH)₂ + MoO₃ + С formed by mechanochemical mixing the relevant components in the ratio of 70:30 and 70:15:15, respectively, and a negative electrode is nanoporous carbon, are studied before and after laser irradiation. The possibility of their joint functioning is shown. The highest specific characteristics are established for a couple of [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] at a current of 10 mA. AS revealed, the Coulomb efficiency saturates during the first 100 cycles up to 75% for the hybrid system [(Ni(OH)₂ + C)]–[C], and 94% for the system [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C]. For low frequencies, inclination angle of Warburg of line for hybrid systems [laser (Ni(OH)₂ + C)]–[C] and [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] is reduced compared to the system [Ni(OH)₂]–[C], indicating the presence of fast reversible redox reactions. 2016 Article Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю / О.М. Хемій, І.М. Будзуляк, Л.С. Яблонь, Д.І. Попович, О.В. Морушко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2016. — Т. 14, № 1. — С. 147-155. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1816-5230 PACS: 81.05.Rm, 81.05.U-, 81.16.-c, 81.40.Wx, 82.45.Yz, 82.47.Uv, 84.32.Tt http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/117594 uk Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
У роботі досліджувалися процеси функціонування гібридних конденсаторів, в яких позитивними електродами були композити Ni(OH)₂ + С і Ni(OH)₂ + MoO₃ + С, що формувалися шляхом механохемічного змішування відповідних компонентів у співвідношенні 70:30 та 70:15:15 відповідно, до та після лазерного опромінення, а неґативною електродою — нанопористий вуглець. Показано можливість їх сумісного функціонування; найвищі питомі характеристики встановлено для пари [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] при струмі у 10 мА. Виявлено, що кулонівська ефективність виходить на насичення протягом перших 100 циклів, яке для гібридної системи [(Ni(OH)₂ + C)]–[C] становить 75%, а для системи [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] — 94%. Для низьких частот кут нахилу Варбурґової прямої для гібридних систем [laser (Ni(OH)₂ + C)]–[C] і [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] зменшується у порівнянні з системою [Ni(OH)₂]–[C], що свідчить про наявність швидких оборотніх окиснювально-відновних реакцій. |
| format |
Article |
| author |
Хемій, О.М. Будзуляк, І.М. Яблонь, Л.С. Попович, Д.І. Морушко, О.В. |
| spellingShingle |
Хемій, О.М. Будзуляк, І.М. Яблонь, Л.С. Попович, Д.І. Морушко, О.В. Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| author_facet |
Хемій, О.М. Будзуляк, І.М. Яблонь, Л.С. Попович, Д.І. Морушко, О.В. |
| author_sort |
Хемій, О.М. |
| title |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю |
| title_short |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю |
| title_full |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю |
| title_fullStr |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю |
| title_full_unstemmed |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю |
| title_sort |
гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю |
| publisher |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| publishDate |
2016 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/117594 |
| citation_txt |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю / О.М. Хемій, І.М. Будзуляк, Л.С. Яблонь, Д.І. Попович, О.В. Морушко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2016. — Т. 14, № 1. — С. 147-155. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| series |
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| work_keys_str_mv |
AT hemíjom gíbridníkondensatorinaosnovíkompozitívgídroksiduníklûtrioksidumolíbdenutaaktivovanogovuglecû AT budzulâkím gíbridníkondensatorinaosnovíkompozitívgídroksiduníklûtrioksidumolíbdenutaaktivovanogovuglecû AT âblonʹls gíbridníkondensatorinaosnovíkompozitívgídroksiduníklûtrioksidumolíbdenutaaktivovanogovuglecû AT popovičdí gíbridníkondensatorinaosnovíkompozitívgídroksiduníklûtrioksidumolíbdenutaaktivovanogovuglecû AT moruškoov gíbridníkondensatorinaosnovíkompozitívgídroksiduníklûtrioksidumolíbdenutaaktivovanogovuglecû |
| first_indexed |
2025-07-08T12:30:45Z |
| last_indexed |
2025-07-08T12:30:45Z |
| _version_ |
1837081923655041024 |
| fulltext |
147
PACS numbers: 81.05.Rm, 81.05.U-, 81.16.-c, 81.40.Wx, 82.45.Yz, 82.47.Uv, 84.32.Tt
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду
ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю
О. М. Хемій, І. М. Будзуляк, Л. С. Яблонь, Д. І. Попович*,
О. В. Морушко
ДВНЗ «Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника»,
вул. Шевченка, 57,
76018 Івано-Франківськ, Україна
*Інститут прикладних проблем механіки і математики
ім. Я. С. Підстригача НАН України,
вул. Наукова, 3б,
79060 Львів, Україна
У роботі досліджувалися процеси функціонування гібридних конденса-
торів, в яких позитивними електродами були композити Ni(OH)2С і
Ni(OH)2MoO3С, що формувалися шляхом механохемічного змішу-
вання відповідних компонентів у співвідношенні 70:30 та 70:15:15 від-
повідно, до та після лазерного опромінення, а неґативною електродою
— нанопористий вуглець. Показано можливість їх сумісного функціо-
нування; найвищі питомі характеристики встановлено для пари [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] при струмі у 10 мА. Виявлено, що кулонівсь-
ка ефективність виходить на насичення протягом перших 100 циклів,
яке для гібридної системи [(Ni(OH)2C)]–[C] становить 75%, а для сис-
теми [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] — 94%. Для низьких частот кут
нахилу Варбурґової прямої для гібридних систем [laser (Ni(OH)2C)]–
[C] і [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] зменшується у порівнянні з систе-
мою [Ni(OH)2]–[C], що свідчить про наявність швидких оборотніх окис-
нювально-відновних реакцій.
In a given paper, processes of functioning hybrid capacitor, in which posi-
tive electrodes are composites Ni(OH)2С and Ni(OH)2MoO3С formed
by mechanochemical mixing the relevant components in the ratio of 70:30
and 70:15:15, respectively, and a negative electrode is nanoporous carbon,
are studied before and after laser irradiation. The possibility of their joint
functioning is shown. The highest specific characteristics are established
for a couple of [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] at a current of 10 mA. AS
revealed, the Coulomb efficiency saturates during the first 100 cycles up
to 75% for the hybrid system [(Ni(OH)2C)]–[C], and 94% for the system
[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C]. For low frequencies, inclination angle of
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2016, т. 14, № 1, сс. 147–155
2016 ІМÔ (Інститут металофізики
ім. Ã. В. Êурдюмова ÍАÍ України)
Íадруковано в Україні.
Ôотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
148 О. М. ХЕМІЙ, І. М. БУДЗУЛЯÊ, Л. С. ЯБЛОÍЬ та ін.
Warburg of line for hybrid systems [laser (Ni(OH)2C)]–[C] and [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] is reduced compared to the system [Ni(OH)2]–[C],
indicating the presence of fast reversible redox reactions.
В работе исследовались процессы функционирования гибридных кон-
денсаторов, в которых положительными электродами были композиты
Ni(OH)2C и Ni(OH)2MoO3C, которые формировались путём меха-
нохимического смешивания соответствующих компонентов в соотноше-
нии 70:30 и 70:15:15 соответственно, до и после лазерного облучения, а
отрицательным электродом — нанопористый углерод. Показана воз-
можность их совместного функционирования; высокие удельные ха-
рактеристики установлены для пары [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] при
токе 10 мА. Обнаружено, что кулоновская эффективность выходит на
насыщение в течение первых 100 циклов, которое для гибридной си-
стемы [(Ni(OH)2C)]–[C] составляет 75%, а для системы [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] — 94%. Для низких частот угол наклона пря-
мой Варбурга для гибридных систем [laser (Ni(OH)2C)]–[C] и [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] уменьшается по сравнению с системой
[Ni(OH)2]–[C], что свидетельствует о наличии быстрых обратимых
окислительно-восстановительных реакций.
Ключові слова: гібридні конденсатори, композит, гідроксид ніклю,
триоксид молібдену, активований вуглець, питома ємність.
Key words: hybrid capacitors, composite, hydroxide nickel, molybdenum
trioxide, activated carbon, specific capacity.
Ключевые слова: гибридный конденсатор, композит, гидроксид нике-
ля, триоксид молибдена, активированный углерод, удельная ёмкость.
(Отримано 4 листопад 2015 р.; остаточний варіант — 29 березня 2016 р.)
1. ВСТУП
Електрохемічні накопичувачі заряду (суперконденсатори (СÊ))
широко використовуються для живлення пристроїв електроніки і
електротехніки, завдяки їх здатності розвивати високу потуж-
ність та витримувати велику кількість (до 106) циклів за-
ряд/розряду, що є недосяжним в літійових джерелах струму
(ЛДС). Це пов’язано з тим, що в класичних СÊ відсутні електро-
хемічні реакції, швидкість проходження яких обмежує величину
потужности, а перенесення маси в ЛДС зменшує кулонівську
ефективність при зростанні кількости циклів заряд/розряду.
Проте, питома енергія СÊ, як правило, менша, ніж в ЛДС і па-
ливних елементах. Підвищити їх питому енергію можна збіль-
шенням середньої робочої напруги комірки, яка обмежена типом
електроліту та внутрішнім опором, що визначається в основному
матеріялом електроди та електролітом. З огляду на це, принци-
ÃІБРИДÍІ ÊОÍДЕÍСАТОРИ ÍА ОСÍОВІ ÊОМПОЗИТІВ 149
повими потенційними перевагами володіє гібридний конденсатор
(ÃÊ), у якому комбінується ідеально поляризована електрода,
яка забезпечує високу питому потужність пристрою, з Ôарадейо-
вою електродою, що забезпечує високу вихідну енергію. Íайваж-
ливішою складовою ÃÊ є матеріял електрод, оскільки у гібрид-
них системах, крім того, що електродні матеріяли мають відпові-
дати певним вимогам щодо їх структури і фізико-хемічних влас-
тивостей, вони ще мають бути сумісними, тобто функціонувати у
конкретній електрохемічній системі. Поєднання поляризованої
електроди з електродою батарейного типу для вибраного електро-
літу дає змогу досягнути оптимального співвідношення між пи-
томими енергією і потужністю, а висока напруга може бути дося-
гнута без зменшення стабільности і циклічности.
Серед таких систем, гібридний конденсатор на основі гідрокси-
ду ніклю та вуглецевої електроди у водних електролітах привер-
тає все більшу увагу дослідників через низьку вартість і успішну
комерціялізацію. Однак, мала (10
17 Ом1см1) електронна прові-
дність гідроксиду ніклю знижує ефективність електронного обмі-
ну, що зменшує питому потужність відповідних ÃÊ. Ці недоліки
можна подолати шляхом використання пористого вуглецю й ок-
сидів перехідних металів, зокрема MoO3, при формуванні компо-
зитів. У таких композитах гексагональна щільноупакована стру-
ктура гідроксиду ніклю забезпечує швидкі окиснювально-
відновні Ôарадейові реакції, а шарувата структура оксиду моліб-
дену дає змогу інтеркалювати йони в широкому діяпазоні. З ін-
шого боку, пориста структура вуглецю забезпечує низькоопірні
шляхи для йонів, зокрема K+, в пори матеріялу й утворення ве-
ликої питомої поверхні і формування подвійного електричного
шару (ПЕШ) [1].
2. ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
У даній роботі здійснено порівняльну аналізу питомих енергети-
чних характеристик гібридних систем на основі Ni(OH)2, компо-
зитів Ni(OH)2С, Ni(OH)2MoO3С та лазером опромінених
Ni(OH)2С, Ni(OH)2MoO3С, з яких формували позитивні еле-
ктроди, та активованого вуглецю для неґативної електроди; еле-
ктролітом служив 33% розчин KOH. Як показано в [2], оптима-
льне співвідношення Ni(OH)2:С та Ni(OH)2MoO3:С становило
30:70; вміст діоксиду ніклю та триоксиду молібдену в останньому
композиті був однаковий. Вихідною композицією для неґативної
електроди ÃÊ служила суміш з активованого вуглецю і сажі у
співвідношенні 75:25. Маса суміші для позитивної (композити) і
неґативної (активований вуглець) електрод становила 100 мг і
200 мг відповідно. Íа основі робочої суміші сформовані електро-
150 О. М. ХЕМІЙ, І. М. БУДЗУЛЯÊ, Л. С. ЯБЛОÍЬ та ін.
ди «ґудзикового» типу (діяметром у 1,8 см).
З метою цілеспрямованої модифікації електрохемічних власти-
востей гібридних систем створені композити піддавалися опромі-
ненню YAG-лазером, що працював в режимі модульованої добро-
тности з частотою слідування імпульсів f20–50 Ãц.
3. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Циклічні вольтамперограми (ЦВА) гібридної системи [Ni(OH)2]–
[С] показано на рис. 1. Піки, які спостерігаються в інтервалах
0,2–0,5 В та 1–1,3 В, відповідають за проходження окиснюваль-
но-відновних реакцій згідно з рівнянням:
2 2
Ni(OH) OH NiOOH H O e .
Як показано в [3], окремі катіони K
також можуть брати
участь в окиснювально-відновних реакціях на поверхні Ni(OH)2.
Це вказує на те, що ємнісні характеристики реґулюються не
тільки ємністю подвійного електричного шару, але й Ôарадейо-
вими реакціями. Êрім того, на кривих ЦВА спостерігається різке
збільшення струму на верхній межі напруги, пов’язане з виді-
ленням водню на поверхні вуглецевої електроди [4].
Заряд/розрядні криві даної системи (рис. 2), зняті при струмах
10, 20 та 50 мА підтверджують її псевдоємнісну поведінку. Зок-
рема, при струмах розряду у 10 і 20 мА на розрядних кривих
спостерігаються плато, які є відповідальними за електрохемічну
адсорбцію–десорбцію або перебіг швидких окислювально-
відновних реакцій [6], підтвердженням чого є хід ЦВА (рис. 1).
При зростанні струму розряду питома ємність такого ÃÊ різко
спадає (табл. 1), що пов’язане, з однієї сторони, з вуглецевим ма-
теріялом, у якому при зростанні струму розряду збільшується
омічний опір у зв’язку з наявністю мікропор [5], що обмежують
доступ до внутрішньої поверхні матеріялу, та, з іншої сторони,
ймовірно, з необоротністю окиснювально-відновних реакцій при
великих струмах розряду.
ЦВА гібридних систем [Ni(OH)2С]–[С] та [Ni(OH)2MoO3C]–
[C], зняті до та після їх лазерного опромінення (рис. 3), мають
майже прямокутну форму, що вказує на те, що основний вклад у
питому ємність вносить ПЕШ. Проте заряд/розрядні криві (рис.
4) не є лінійними, як у випадку електрохемічних конденсаторів,
що вказує і на внесок псевдоємности. Вміст активованого вугле-
цю у композиті збільшує час розряду (рис. 4) і, таким чином,
швидкі оборотні окиснювально-відновні реакції відбуваються
більш повно [4], що приводить до вищої питомої ємности (див.
табл. 1).
ÃІБРИДÍІ ÊОÍДЕÍСАТОРИ ÍА ОСÍОВІ ÊОМПОЗИТІВ 151
З таблиці 1 видно, що найвищими питомою ємністю у 18
мА∙год/г і питомою енергією у 13,3 Вт∙год/кг володіє ÃÊ, в яко-
му одну із електрод сформовано на основі лазером опроміненого
композиту Ni(OH)2MoO3C. Íакопичення заряду в такій систе-
мі може відбуватись завдяки реакції катіонів з електроактивним
матеріялом, з подальшою окислювально-відновною реакцією.
Твердотільна окиснювально-відновна реакція включає електро-
хемічне перенесення заряду в поєднанні з інтеркаляцією катіонів
H+ з електроліту в шарувату структуру МоО3, де вони утриму-
Рис. 1. Циклічні вольтамперогра-
ми ÃÊ [Ni(OH)2]–[С] при швидкості
сканування 1 мВ/с (1) і 5 мВ/с (2).1
Рис. 2. Заряд/розрядні криві ÃÊ
[Ni(OH)2]–[С] при струмах 10, 20 та
50 мА.2
Рис. 3. Циклічні вольтамперогра-
ми для ÃÊ: 1 — [Ni(OH)2C]–[C];
2 — [laser (Ni(OH)2C)]–[C]; 3 —
[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] при
швидкості сканування 1 мВ/с.3
Рис. 4. Заряд/розрядні криві для
ÃÊ: 1 — [Ni(OH)2C]–[C]; 2 —
[laser (Ni(OH)2C)]–[C]; 3 —
[Ni(OH)2MoO3C]–[C]; 4 —
[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C]
при струмі розряду 10 мА.4
152 О. М. ХЕМІЙ, І. М. БУДЗУЛЯÊ, Л. С. ЯБЛОÍЬ та ін.
ються і запобігають фазовому переходу. Інтеркаляція йонів може
збільшити зберігання заряду в гібридних конденсаторах без шко-
ди кінетиці заряд/розряду.
Для гібридних систем [laser (Ni(OH)2C)]–[C] та [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C], які характеризуються найвищими пи-
томими енергетичними характеристиками (табл. 1), оцінено ку-
лонівську ефективність та циклічну стабільність протягом 300
циклів при струмі у 10 мА (рис. 5, 6).
Як видно з рис. 5, кулонівська ефективність для гібридної сис-
теми [laser (Ni(OH)2C)]–[C] досягає 75% на 50 циклі і практич-
но не змінюється до 300 циклу, тоді як для гібридної системи
[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] вона поступово зростає, досягаючи
94% на 100 циклі і практично не змінюється до 300 циклу. Пи-
тома розрядна ємність (рис. 6, крива 2) спадає протягом 300 ци-
ТАБЛИЦЯ 1. Питомі енергетичні характеристики гібридних систем
конденсаторного типу.5
Струм розряду,
I, мА
Склад композиту
Питома ємність
C, мАгод/г
Питома енергія
W, Втгод/кг
Питома потужність
P, Вт/кг
10 20 50 10 20 50 10 20 50
[Ni(OH)2]–[С] 11,2 3,9 2,9 8,2 2,8 2,0 47,9 93,5 218,7
[Ni(OH)2С]–[С] 15,9 14,8 12,4 11,7 10,8 8,7 48,2 94,6 225,1
[laser (Ni(OH)2С)]–[С] 16,7 15,4 13,5 12,3 11,2 9,3 48,2 95,4 229,3
[Ni(OH)2MoO3C]–[C] 12,9 11,6 10,4 9,6 8,5 7,4 48,1 95,3 224,9
[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] 18,0 15,3 13,4 13,3 11,2 9,2 48,5 96,0 232,9
Рис. 5. Залежність кулонівської
ефективности від кількости цик-
лів заряд/розряду ÃÊ: 1 — [laser
(Ni(OH)2C)]–[C]; 2 — [laser
(Ni(OH)2MoO3 C)]–[C] при
струмі розряду 10 мА.6
Рис. 6. Залежність питомої ємнос-
ти від кількости циклів за-
ряд/розряду ÃÊ: 1 — [laser
(Ni(OH)2C)]–[C]; 2 — [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] при
струмі розряду 10 мА.7
ÃІБРИДÍІ ÊОÍДЕÍСАТОРИ ÍА ОСÍОВІ ÊОМПОЗИТІВ 153
клів на 14%, що є перспективним для подальшого практичного
застосування даного композиту.
Íа одержаних Íайквістових діяграмах (рис. 7) в області висо-
ких частот спостерігається невелика ділянка у вигляді півкола,
що вказує на наявність опору перенесення заряду, спричиненого
Ôарадейовими процесами на роздільчій межі електрода–
електроліт, в результаті чого на поверхні композитів формується
проникна для йонів калію твердотільна плівка. В області низь-
ких частот для ÃÊ [laser (Ni(OH)2C)]–[C] та [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] (рис. 7, б) кут нахилу імпедансу змен-
шується у порівнянні з ÃÊ [Ni(OH)2]–[C], що свідчить про те, що
поруч із ємнісним накопиченням заряду мають місце і швидкі
оборотні окиснювально-відновні реакції.
Íа основі Íайквістових діяграм змодельовано еквівалентну
електричну схему (ЕЕС) (рис. 8), параметри якої наведено в табл.
2, звідки видно, що опір перенесення заряду R1 становить 0,69 та
0,61 Ом для ÃÊ [laser (Ni(OH)2C)]–[C] та [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] відповідно.
4. ВИСНОВКИ
1. Встановлено, що найвищими питомою ємністю у 18 мА∙год/г і
питомою енергією у 13,3 Вт∙год/кг володіє ÃÊ, в якому одну із
електрод сформовано на основі лазером опроміненого композиту
Ni(OH)2MoO3C. Íакопичення заряду в такій системі може ві-
дбуватись завдяки реакції катіонів з електроактивним матерія-
лом, з подальшою окислювально-відновною реакцією.
а б
Рис. 7. Íайквістові діяграми для гібридних систем: а — [Ni(OH)2]–[C];
б — [laser (Ni(OH)2C)]–[C] (1) та [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] (2).8
154 О. М. ХЕМІЙ, І. М. БУДЗУЛЯÊ, Л. С. ЯБЛОÍЬ та ін.
2. З’ясовано, що кулонівська ефективність для гібридної системи
[laser (Ni(OH)2C)]–[C] досягає 75% на 50 циклі і практично не
змінюється до 300 циклу, тоді як для гібридної системи [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] вона поступово зростає, досягаючи 94%
на 100 циклі, і практично не змінюється до 300 циклу. Питома
розрядна ємність спадає протягом 300 циклів на 10%, що є пе-
рспективним для подальшого практичного застосування даного
композиту.
3. Виявлено, що в області низьких частот Íайквістових діяграм
для ÃÊ [laser (Ni(OH)2C)]–[C] та [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C]
кут нахилу імпедансу зменшується у порівнянні з ÃÊ [Ni(OH)2]–
[C], що свідчить про те, що поруч із ємнісним накопиченням за-
ряду мають місце і швидкі оборотні окиснювально-відновні реак-
ції.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Jing Zhang, Ling-Bin Kong, Jian-Jun Cai, Heng Li, Yong-Chun Luo, and
Long Kang, Microporous and Mesoporous Materials, 132: 154 (2010).
2. О. В. Хемій, Л. С. Яблонь, І. М. Будзуляк, О. В. Морушко, І. П. Яремій,
Фізика і хімія твердого тіла, 16, № 2: 355 (2015).
3. Chi-Chang Hu, Kuo-Hsin Chang, and Tung-Yu Hsu, Journal of The
Electrochemical Society, 155: F196 (2008).
4. Ying Tian, Jingwang Yan, Liping Huang, Rong Xue, and Lixing Hao,
Materials Chemistry and Physics, 143: 1164 (2014).
5. С. Л. Рево, М. М. Êузишин, І. М. Будзуляк, Б. І. Рачій, Р. П. Лісовський,
І. А. Êлимишин, Ê. О. Іваненко, Фізика і хімія твердого тіла, 14, № 1:
173 (2013).
6. Shudi Min, Chongjun Zhao, Guorong Chen, and Xiuzhen Qian, Electrochimica
Acta, 115: 155 (2014).
Рис. 8. ЕЕС, використана для апроксимації Íайквістових діяграм, одер-
жаних для ÃÊ [laser (Ni(OH)2C)]–[C] (1) та [laser (Ni(OH)2+MoO3+C)]–[C].9
ТАБЛИЦЯ 2. Параметри ЕЕС для ÃÊ [laser (Ni(OH)2C)]–[C] та [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C].10
Ãібридний конденсатор R0 CPE0P R1 CPE1P CPE2P
[laser (Ni(OH)2+C)]–[C] 0,59 0,49 0,69 0,8 0,79
[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] 0,46 0,2 0,61 0,7 0,84
ÃІБРИДÍІ ÊОÍДЕÍСАТОРИ ÍА ОСÍОВІ ÊОМПОЗИТІВ 155
REFERENCES
1. Jing Zhang, Ling-Bin Kong, Jian-Jun Cai, Heng Li, Yong-Chun Luo, and
Long Kang, Microporous and Mesoporous Materials, 132: 154 (2010).
2. O. V. Khemii, L. S. Yablon, I. M. Budzuliak, O. V. Morushko, and
I. P. Yaremii Fizyka i Khimiia Tverdoho Tila, 16, No. 2: 355 (2015) (in
Ukrainian).
3. Chi-Chang Hu, Kuo-Hsin Chang, and Tung-Yu Hsu, Journal of The
Electrochemical Society, 155: F196 (2008).
4. Ying Tian, Jingwang Yan, Liping Huang, Rong Xue, and Lixing Hao,
Materials Chemistry and Physics, 143: 1164 (2014).
5. S. L. Revo, M. M. Kuzyshyn, I. M. Budzuliak, B. I. Rachii, R. P. Lisovskyi,
I. A. Klymyshyn, and K. O. Ivanenko, Fizyka i Khimiia Tverdoho Tila, 14,
No. 1: 173 (2013) (in Ukrainian).
6. Shudi Min, Chongjun Zhao, Guorong Chen, and Xiuzhen Qian, Electrochimica
Acta, 115: 155 (2014).
Vasyl Stefanyk Precarpathian National University,
57 Shevchenko Str.,
76018 Ivano-Frankivsk, Ukraine
*Ya. S. Pidstryhach Institute for Applied Problems of Mechanics and Mathematics NAS of Ukraine,
3b Naukova Str.,
79060, L'viv, Ukraine
1 Fig. 1. Cyclic voltamperogramms of the [Ni(OH)2]–[С] hybrid capacitor rapidly scanned at 1
mV/s (1) and 5 mV/s (2).
2 Fig. 2. The charge/discharge curves of the [Ni(OH)2]–[С] hybrid capacitor at currents of 10,
20 and 50 mA.
3 Fig. 3. Cyclical voltamperogramms of hybrid capacitors: 1—[Ni(OH)2C]–[C]; 2—[laser
(Ni(OH)2C)]–[C]; 3—[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] at the speed of scanning 1 mV/s.
4 Fig. 4. The charge/discharge curves for hybrid capacitors: 1—[Ni(OH)2C]–[C]; 2—[laser
(Ni(OH)2C)]–[C]; 3—[Ni(OH)2MoO3C]–[C]; 4—[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] at a cur-
rent level of 10 mA.
5 TABLE 1. Specific energy performances of condenser-type hybrid systems.
6 Fig. 5. Dependence Coulomb efficiency of the number of charge/discharge cycles for hybrid
capacitors: 1—[laser (Ni(OH)2C)]–[C]; 2—[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] at a current level
of 10 mA.
7 Fig. 6. Dependence specific capacity of the number of charge/discharge cycles for hybrid
capacitors: 1—[laser (Ni(OH)2C)]–[C]; 2—[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] at a current level
of 10 mA.
8 Fig. 7. Nyquist diagrams for hybrid systems: a—[Ni(OH)2]–[C]; б—[laser (Ni(OH)2C)]–[C]
(1) and [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] (2).
9 Fig. 8. EES used to approximate Nyquist diagrams obtained for hybrid capacitors [laser
(Ni(OH)2C)]–[C][C] (1) and [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C].
10 TABLE 2. Options of EES for hybrid capacitors [laser (Ni(OH)2C)]–[C] (1) and [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C].
|