Упрощенный метод измерений при исследовании суперконденсаторов

Описаны методы быстрого определения важнейших параметров суперконденсаторов, таких как интегральная емкость и ток утечки. Указанные методы сравнивались со стандартным гальваностатическим методом и гальваностатическим методом, ранее модифицированным авторами данной работы. Параллельно с промыш-ленным...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2002
Main Authors: Стевич, З., Райчич-Вуясинович, М., Стоилькович, З.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2002
Series:Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Subjects:
Online Access:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70783
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Упрощенный метод измерений при исследовании суперконденсаторов / З. Стевич, М. Райчич-Вуясинович, З. Стоилькович // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2002. — № 4-5. — С. 19-20. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-70783
record_format dspace
spelling irk-123456789-707832014-11-14T03:01:40Z Упрощенный метод измерений при исследовании суперконденсаторов Стевич, З. Райчич-Вуясинович, М. Стоилькович, З. Электронная аппаратура: исследования, разработки Описаны методы быстрого определения важнейших параметров суперконденсаторов, таких как интегральная емкость и ток утечки. Указанные методы сравнивались со стандартным гальваностатическим методом и гальваностатическим методом, ранее модифицированным авторами данной работы. Параллельно с промыш-ленным суперконденсатором проведены испытания нового типа суперконденсатора, систем на базе сульфидов меди - халькозина и ковеллина (Cu₂S и CuS). 2002 Article Упрощенный метод измерений при исследовании суперконденсаторов / З. Стевич, М. Райчич-Вуясинович, З. Стоилькович // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2002. — № 4-5. — С. 19-20. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2225-5818 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70783 621.35 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Электронная аппаратура: исследования, разработки
Электронная аппаратура: исследования, разработки
spellingShingle Электронная аппаратура: исследования, разработки
Электронная аппаратура: исследования, разработки
Стевич, З.
Райчич-Вуясинович, М.
Стоилькович, З.
Упрощенный метод измерений при исследовании суперконденсаторов
Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description Описаны методы быстрого определения важнейших параметров суперконденсаторов, таких как интегральная емкость и ток утечки. Указанные методы сравнивались со стандартным гальваностатическим методом и гальваностатическим методом, ранее модифицированным авторами данной работы. Параллельно с промыш-ленным суперконденсатором проведены испытания нового типа суперконденсатора, систем на базе сульфидов меди - халькозина и ковеллина (Cu₂S и CuS).
format Article
author Стевич, З.
Райчич-Вуясинович, М.
Стоилькович, З.
author_facet Стевич, З.
Райчич-Вуясинович, М.
Стоилькович, З.
author_sort Стевич, З.
title Упрощенный метод измерений при исследовании суперконденсаторов
title_short Упрощенный метод измерений при исследовании суперконденсаторов
title_full Упрощенный метод измерений при исследовании суперконденсаторов
title_fullStr Упрощенный метод измерений при исследовании суперконденсаторов
title_full_unstemmed Упрощенный метод измерений при исследовании суперконденсаторов
title_sort упрощенный метод измерений при исследовании суперконденсаторов
publisher Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate 2002
topic_facet Электронная аппаратура: исследования, разработки
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70783
citation_txt Упрощенный метод измерений при исследовании суперконденсаторов / З. Стевич, М. Райчич-Вуясинович, З. Стоилькович // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2002. — № 4-5. — С. 19-20. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv AT stevičz uproŝennyjmetodizmerenijpriissledovaniisuperkondensatorov
AT rajčičvuâsinovičm uproŝennyjmetodizmerenijpriissledovaniisuperkondensatorov
AT stoilʹkovičz uproŝennyjmetodizmerenijpriissledovaniisuperkondensatorov
first_indexed 2025-07-05T19:57:13Z
last_indexed 2025-07-05T19:57:13Z
_version_ 1836838219834982400
fulltext Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 4�5 19 ÝËÅÊÒÐÎÍÍÀß ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ Ê. ò. í. Ç. ÑÒÅÂÈ×, ä. ò. í. Ì. ÐÀÉ×È×-ÂÓßÑÈÍÎÂÈ×, ä. ò. í. Ç. ÑÒÎÈËÜÊÎÂÈ× Þãîñëàâèÿ, Áåëãðàäñêèé óíèâåðñèòåò (ã. Áåëãðàä, ã. Áîð) E-mail: zstevic@ptt.yu Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ 25.06 2002 ã. Îïïîíåíòû ä. ò. í. É. ÐÀÄÓÍÎÂÈ× (Áåëãðàäñêèé óíèâåðñèòåò), Ã. Â. ÒÐÈÔÎÍÎÂÀ (Çàâîä "Êàòèîí", ã. Õìåëüíèöêèé) ÓÏÐÎÙÅÍÍÛÉ ÌÅÒÎÄ ÈÇÌÅÐÅÍÈÉ ÏÐÈ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÈ ÑÓÏÅÐÊÎÍÄÅÍÑÀÒÎÐΠÏðåäëîæåííûå ìåòîäû ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû äëÿ ïðåäâàðèòåëüíîãî ïîëó÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ è ïîñëåäóþùåãî âûáîðà îïòèìàëüíîé ýëåêòðîõèìè÷åñ- êîé ñèñòåìû.  ñîâðåìåííîé ýëåêòðîíèêå è ýíåðãåòèêå êîíäåí- ñàòîðû î÷åíü áîëüøèõ åìêîñòåé (ñóïåðêîíäåíñàòî- ðû) íàõîäÿò âñå áîëåå øèðîêîå ïðèìåíåíèå. Êîíäåí- ñàòîðû ñ ãðàôèòîâîé îñíîâîé, åìêîñòü êîòîðûõ äîñ- òèãàåò íåñêîëüêèõ ñîòåí ôàðàä [1], ñòàëè äîâîëüíî ðàñïðîñòðàíåííûìè â ïðîèçâîäñòâå, à â ïîñëåäíåå âðåìÿ â êà÷åñòâå áàçîâûõ ìàòåðèàëîâ àêòèâíî èñ- ñëåäóþòñÿ òàêæå è òàêèå ñîåäèíåíèÿ êàê, íàïðèìåð, RuO2, Co3O4, NiO2, IrO2 è äð. [2, 3]. Íà ïðîòÿæåíèè ðÿäà ëåò àâòîðû ñòàòüè èçó÷àëè ïîâåäåíèå ñóëüôèäà ìåäè â ýëåêòðîëèòè÷åñêîì ðà- ñòâîðå. Ðàññìàòðèâàëàñü òàêæå âîçìîæíîñòü ñîçäà- íèÿ íîâîãî êëàññà ñóïåðêîíäåíñàòîðîâ íà îñíîâå ýòèõ ñèñòåì, â êîòîðûõ îáíàðóæåíà ñâåðõâûñîêàÿ åìêîñòü [4, 5].  íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðîâåäåíû ñðàâíèòåëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïðîìûøëåííûõ ñóïåðêîíäåíñàòîðîâ è ïðåäëîæåííûõ íàìè ñèñòåì. Àâòîðàìè ðàçðàáîòàíû ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü è ìå- òîä îïðåäåëåíèÿ íåîáõîäèìûõ ïàðàìåòðîâ òàêèõ ýëåêò- ðîõèìè÷åñêèõ ñèñòåì [4], îäíàêî çäåñü èñïîëüçîâàíû áîëåå ïðîñòûå ìåòîäû � äëÿ áûñòðîãî îïðåäåëåíèÿ îñ- íîâíûõ ïàðàìåòðîâ ñóïåðêîíäåíñàòîðîâ (åìêîñòè è âíóò- ðåííåãî ñîïðîòèâëåíèÿ). Äëÿ äàëüíåéøåé îïòèìèçàöèè âûáðàííîé ñèñòåìû "ñóëüôèä ìåäè�ýëåêòðîëèò" îñ- òàëüíûå åå ïàðàìåòðû ìîæíî îïðåäåëÿòü áîëåå ñëîæ- íûìè ñïîñîáàìè. Ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ ýëåêòðîõèìè÷åñêèõ ñèñòåì íà îñíîâå ñóëüôèäà ìåäè ïîêàçàëè, ÷òî ñà- ìóþ áîëüøóþ åìêîñòü, ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè ñóëü- ôèäàìè ìåäè, èìåþò õàëüêîçèí è êîâåëëèí. Ïîýòîìó äàëüíåéøèå èññëåäîâàíèÿ áûëè îãðàíè÷åíû èçó÷å- íèåì ñâîéñòâ ýòèõ äâóõ ìèíåðàëîâ. Êîâåëëèí ÿâëÿ- åòñÿ ñóëüôèäíûì ìèíåðàëîì ìåäè, ïî ñâîèì õèìè- ÷åñêèì ñâîéñòâàì îí î÷åíü áëèçîê ê ñîåäèíåíèþ CuS. Ýòîò ìèíåðàë îòíîñèòñÿ ê ïîëóïðîâîäíèêàì p- òèïà, íî åãî óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå äîñòàòî÷íî ìàëî (ïîðÿäêà 10�6 Îì·ì). Õàëüêîçèí � ìåäíûé ìèíåðàë, êîòîðûé îòâå÷àåò ñîåäèíåíèþ Cu2S. Îí òàêæå ÿâëÿ- åòñÿ ïîëóïðîâîäíèêîì p-òèïà ñ äîñòàòî÷íî ìàëûì óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì (ïîðÿäêà 10�3 Îì·ì) [6, ñ. 39; 7, ñ. 6].  êà÷åñòâå ýëåêòðîëèòà áûë èñïîëüçîâàí âîäíûé ðàñòâîð H2SO4, èíîãäà ñ äîáàâëåíèåì CuSO4.  êà- ÷åñòâå îáðàòèìîãî ýëåêòðîäà èñïîëüçîâàí ïëàòèíî- âûé ýëåêòðîä [7, ñ. 325]. Èç-çà áîëüøîãî âíóòðåííåãî (ïîñëåäîâàòåëüíîãî) ñîïðîòèâëåíèÿ èññëåäóåìûõ ñèñòåì ñòàíäàðòíûé è ÷àùå âñåãî óïîòðåáëÿåìûé ìåòîä çàðÿäêè è ðàçðÿä- êè ïîñòîÿííûì òîêîì [8] îêàçàëñÿ íåïðèãîäíûì äëÿ èçìåðåíèÿ åìêîñòè. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïðè êëàññè- ÷åñêîì è ìîäèôèöèðîâàííîì ãàëüâàíîñòàòè÷åñêîì ìåòîäå [4] òðåáóåòñÿ ñëîæíàÿ ïðîöåäóðà âû÷èñëåíèÿ åìêîñòè.  ñâÿçè ñ ýòèì áûë ïðèìåíåí ñïîñîá, ñî- ñòîÿùèé èç ôàçû çàðÿäêè ïîñòîÿííûì òîêîì è ôàçû ðàçðÿäêè ÷åðåç ïîñòîÿííîå ñîïðîòèâëåíèå. Ñîïðîòèâëåíèå ðàçðÿäêè äîëæíî áûòü ìèíèìóì â 10 ðàç áîëüøå, ÷åì âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå ýëåêòðî- õèìè÷åñêîé ñèñòåìû, ÷òîáû çíà÷åíèå åìêîñòè áûëî êàê ìîæíî òî÷íåå îïðåäåëåíî ïî ôîðìóëå ðàçðÿäêè êîíäåí- ñàòîðà (ïðè ýòîì âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå íå ó÷èòû- âàåòñÿ): ),/exp( p0 CRtUu −= (1) Äëÿ áîëåå òî÷íîãî èçìåðåíèÿ ìîæíî âçÿòü ñîïðî- òèâëåíèå ðàçðÿäêè â 100 ðàç áîëüøåå, ÷åì îðèåíòèðî- âî÷íîå çíà÷åíèå âíóòðåííåãî ñîïðîòèâëåíèÿ, êîòîðîå èçâåñòíî èç ïðîâeäåííûõ ðàíåå ýêñïåðèìåíòîâ. Èëè æå â óðàâíåíèå ðàçðÿäêè âìåñòî Rð ïîäñòàâèòü ñóììó Rð+Râ, ãäå Râ � âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå (îïðåäåëÿåòñÿ ïî [4]). Ïîñòîÿííóþ âðåìåíè τ=RðÑ ìîæíî îïðåäåëèòü ãðà- ôè÷åñêèì ïóòåì (ñì. ðèñ. 1). Îíà ñîîòâåòñòâóåò èíòåðâà- ëó ñ íà÷àëîì â òî÷êå ïåðåñå÷åíèÿ âåðòèêàëè, îòâå÷àþ- íàïðÿæåíèå êîíäåíñàòîðà, Â; íà÷àëüíîå íàïðÿæåíèå, Â; âðåìÿ,ñ; ñîïðîòèâëåíèå ðàçðÿäêè, Îì; åìêîñòü êîíäåíñàòîðà, Ô. ãäå u � U0 � t � Rp � Ñ � U, B 0,3 0,2 0,1 0 0,5 1,0 1,5 2,0 t, ìèí τ Ðèñ. 1. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ êðèâàÿ çàðÿäêè è ðàçðÿäêè Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 4�5 20 ÝËÅÊÒÐÎÍÍÀß ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ ùåé ïàäåíèþ íàïðÿæåíèÿ íà âíóòðåííåì ñîïðîòèâëå- íèè, è îñüþ t, è êîíöîì â ìåñòå ïåðåñå÷åíèÿ êàñàòåëü- íîé, ïðîâåäåííîé ê íà÷àëó êðèâîé ðàçðÿäêè, ñ îñüþ t. Ïîëó÷àÿ òàêèì æå îáðàçîì êðèâóþ, êàê è íà ðèñ. 1, íî áåç ðåçèñòîðà, êîòîðûé ñëóæèò äëÿ ðàçðÿäêè Rð, ìîæ- íî îïðåäåëèòü âðåìåííóþ ïîñòîÿííóþ τñ= RcÑ. Çäåñü Rñ � ñîïðîòèâëåíèå ñàìîðàçðÿäêè (Îì), êîòîðîå ìîæíî ëåã- êî ðàññ÷èòàòü èç ôîðìóëû Rc=τñ/Ñ. (2) Çíàÿ ñîïðîòèâëåíèå ñàìîðàçðÿäêè è èçâåñòíîå íà- ÷àëüíîå íàïðÿæåíèå U0, ìîæíî ðàññ÷èòàòü óäåëüíûé òîê ñàìîðàçðÿäêè (À): Ic=U0/Rc. (3) Áûë ïðîâåäåí ðÿä ýêñïåðèìåíòîâ íàä ðàçëè÷íû- ìè ñèñòåìàìè.  êà÷åñòâå èñòî÷íèêà ãàëüâàíîñòàòè- ÷åñêèõ èìïóëüñîâ áûë èñïîëüçîâàí ãàëüâàíîñòàò-ïî- òåíöèîñòàò �AMEL�, à äëÿ ïîñòðîåíèÿ êðèâûõ çàðÿä- êè è ðàçðÿäêè ïðèìåíÿëàñü èçìåðèòåëüíàÿ ñèñòåìà, ðàçðàáîòàííàÿ íà Òåõíè÷åñêîì ôàêóëüòåòå (ã. Áîð) Áåë- ãðàäñêîãî óíèâåðñèòåòà. Ñèñòåìà âûïîëíåíà íà áàçå ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà è àíàëîãî-öèôðîâîãî êîí- âåðòîðà �Analog Devices�, ñîôòâåðñêàÿ ÷àñòü êîòî- ðîé òàêæå ÿâëÿåòñÿ àâòîðñêîé ðàçðàáîòêîé. Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû êðèâûå çàðÿäêè è ðàçðÿäêè èññëåäîâàííûõ ñèñòåì íà îñíîâå õàëüêîçèíà è êî- âåëëèíà â ðàñòâîðå H2SO4, à òàêæå ïðîìûøëåííîãî ñóïåðêîíäåíñàòîðà íà 1 Ô (MGC, ßïîíèÿ). Ñðåäíèå ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà îñíîâíûõ õàðàêòåðè- ñòèê èññëåäîâàííûõ ñèñòåì è ïðîìûøëåííîãî ñó- ïåðêîíäåíñàòîðà ïðèâåäåíû â òàáëèöå. Ïðèìåð ðàñ÷åòà îñíîâíûõ õàðàêòåðèñòèê ñèñòåìû ñ õàëüêîçèíîâîé îñíîâîé Ñîïðîòèâëåíèå ðàçðÿäêè Rð = 300 Îì, òîê I = 0,1 ìA, ïëîùàäü ýëåêòðîäà S=0,25 cì2. Ðàñ÷åò ïðîèçâîäèòñÿ â ñëåäóþùåì ïîðÿäêå. Èç ãðàôèêà ðèñ. 2, à îïðåäåëÿåì çíà÷åíèå τ=79 ñ; U0=0,39 Â. Åìêîñòü êîíäåíñàòîðà ðàâíà: Ñ=τ/Rð=79/300= =0,26 Ô. Óäåëüíàÿ åìêîñòü ðàâíà: Ñ'=Ñ/S=0,26/0,25= =1,04 Ô/ñì2. Èç ãðàôèêà ñàìîðàçðÿäêè áåðåì çíà÷åíèå τñ=36100 ñ. Ñîïðîòèâëåíèå ñàìîðàçðÿäêè ðàâíî: Rñ=τñ/C=36100/0,26= =139 êÎì. Òîê ñàìîðàçðÿäêè ðàâåí: Iñ=U0/Rñ=0,39/139000= =2,8 ìêÀ. Óäåëüíûé òîê ñàìîðàçðÿäêè: Iñ'=Iñ/S=2,8/0,25= =11,2 ìêÀ/ñì2. *** Ñðàâíåíèå ñ ðåçóëüòàòàìè, ïîëó÷åííûìè äðóãèìè, áîëåå òî÷íûìè ìåòîäàìè, ïîäòâåðæäàåò, ÷òî ïðåäëî- æåííûå ìåòîäû îïðåäåëåíèÿ ìîãóò áûòü èñïîëüçîâà- íû äëÿ ïðåäâàðèòåëüíîãî ïîëó÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ è ïîñëåäóþùåãî âûáîðà îïòèìàëüíîé ýëåêòðîõèìè÷åñ- êîé ñèñòåìû. Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîêàçàëè, ÷òî ñèñòåìû íà áàçå ñóëüôèäîâ ìåäè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé îñíîâó äëÿ ñóïåðêîíäåíñàòîðà íîâîãî òèïà. ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ 1. Arbizzani Ñ., Mastragostino Ì., Soavi F. Electrode optimisation for carbon power supercapacitors // J. of Pow- er Sources.� 2001.� Vol. 100, N 1.� P. 164�169. 2. Mahon P. J., Paul G. L., Keshishian S. M., Vassallo A. M. Measurement and modeling of the high-power per- formance of carbon-based supercapacitors // Ibid.� 2000.� Vol. 91, N 2.� P. 68�76. 3. Zheng J. P., Cygan P. J., Jow T. R. An impedance study of the RuO2 / electrolyte interface // J. Electrochem. Soc.� 1995.� Vol. 142, N 4.� P. 2699�2705. 4. Rajèiæ Vujasinoviæ M., Stankoviæ Z., Steviæ Z. The consideration of the electrical circuit analogous to the cop- per or coppersulfide/electrolyte interfaces based on the time transient analysis // Elektrokhimiya (Moskva).� 1999.� Vol. 35, N 3.� P. 347�354. 5. Steviæ Z., Rajèiæ Vujasinoviæ M., Stankoviæ Z. Copper sulfides as a potential material for electrochemical superca- pacitors / October conf.� Yugoslavia, D. Milanovac.� 2000.� P. 325�328. 6. Koch D. F. A. Electrochemistry of sulfide minerals // Modern Aspects of Electrochemistry.� 1975.� Vol. 10 (Ed. J. O. M. Bockris, B. E. Conway), chapt. 4.� New York: Ple- num Press. 7. Rajèiæ Vujasinoviæ M., Stankoviæ Z. Elektrohemija sul- fidnih minerala bakra i pirita.� Bor: Tehniæki fakultet, 2000. 8. Pell W. G.,Conway B. E., Adams W. A., Oliveira J. Electrochemical efficiency in multiple discharge/recharge cycling of supercapacitors in hybrid EV applications// J. of Power Sources.� 1999.� Vol. 80, N 1�2.� P. 134�141. Ðèñ. 2. Êðèâûå çàðÿäêè è ðàçðÿäêè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ñèñòåì íà îñíîâå õàëüêîçèíà (à), êîâåëëèíà (á) è ïðîìûø- ëåííîãî ñóïåðêîíäåíñàòîðà (â) 1 2 t, ìèí U, B 0,6 0,4 0,2 0 â) 1 2 3 t, ìèí U, B 1,0 0,5 á) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 t, ìèí U, B 0,4 0,36 0,32 0,28 à) Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ïðîìûøëåííîãî ñóïåðêîíäåí- ñàòîðà è èñïûòàííûõ ñèñòåì íà áàçå ñóëüôèäîâ ìåäè Õàðàêòåðèñòèêà Íà îñíîâå õàëüêîçèíà Íà îñíîâå êîâåëëèíà Ïðîìûøëåí- íûé ñóïåð- êîíäåíñàòîð Óäåëüíàÿ åìêîñòü, Ô/ñì2 1 0,2 1 Óäåëüíûé òîê ñàìîðàçðÿäêè, ìêÀ/ ñì2 11 400 0,1 Âíóòðåííåå ñî- ïðîòèâëåíèå, Îì 16 112 0,1