Разработка суперконденсаторов с использованием ионной жидкости 1-метил-3-бутилимидазолий тетрафторбората

• Автор: Измайлова, Марианна Юрьевна
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений и обозначений.

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Исторический экскурс .

1.2. Принципы работы и устройства суперконденсаторов

1.3. Классификация суперкоиденсаторов.

1.4. Двойнослойные конденсаторы и их основные составляющие

1.4.1. Типы электродных материалов, структурные и поверхностные свойства.

1.4.2. Типы электролитов

1.4.3. Характеристики работы суперконденсатора

1.4.3.1.Углеродные материалы электродов суперкондснсатора.
1.4.3.2.Ионные жидкости, как электролит суперконденсатора.
1.4.4. Емкость, мощность и энергия суперкоиденсаторов.
1.5. Примеры практического применения суперкоиденсаторов
Глава 2. Объекты и методы экспериментальных исследований
2.1. Синтез 1 метил3алкилимидазольных ионных жидкостей.
2.2. Изготовление электродов суперконденсатора
2.3. Типы электрохимических ячеек.
2.4. Электрохимические методы измерения.
2.4.1 Метод циклической вольтамперометрии.
2.4.2. Методика хроноамперометрических и хронопотенциометрических измерений
2.4.3. Методика импедансных измерений.
2.4.4. Методика испытания макета суперконденсатора
2.5. Физикохимические методы анализа.
2.5.1. Кондуктометрия.
2.5.2. Измерение вязкости.
2.5.3. Методика определения воды.
2.5.4. Методика исследования структурных и гидрофильно гидрофобных свойств активированных углей методом эталонной контактной порометрии
2.5.5. Измерение ИКсгектров
2.5.6. Измерения ЯМРспектров
2.5.7. Просвечивающая электронная микроскопия
2.5.8. Рентгенофотоэлектронная спектроскопия.
Глава 3. Физикохимические свойства ионных жидкостей.
3.1 .Объекты исследования
3.2. Электропроводность
3.2.1. Влияние радикалов катиона па элекгропроводноегь ионной жидкости
3.2.2. Влияние аниона на электропроводность ионной жидкости
3.3.1 апряжение разложения
3.3.1. Влияние природа аниона и катиона ионной жидкости на напряжение
разложения.
3.4. Зависимость электрофизических свойств от содержания воды в 1
метил3бутилимидазолия тетрафторборат.
Глава 4. Свойст ва системы ионная жидкость углеродный материал.
4.1. Объекты исследования.
4.2. Характеристики площади поверхности и распределение пор активированных углей.
4.3. Зависимость величины электрохимического окна ионной жидкости от материала электрода.
4.4. Исследование электрохимического поведения ионной жидкости на катоде
и на аноде.
Глава 5. Исследование характеристик лабораторной ячейки
суперконденсатора.
5.1. Емкость супсрконденсатора
5.2. Сопротивление.
Глава 6. Технические характеристики модельного суперконденсатора промышленного образна
6.1. Выбор токового коллектора.
6.2. Ресурсные испытания.
6.3. Исследование влияния температуры на характеристики суперконденсатора
6.4. Энергомощностные характеристики суперконденсатора
6.4.1.1 редельнье значения удельной энергии суперконденсаторов.
6.5. Разработка промышленного образца суперконденсатора
Выводы но работе.
Список литературы


Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии» (Плес, ); международном форуме по нанотехнологиям (Москва, ); международной конференции «First international symposium on enhanced electrochemical capacitors — ISEE’Cap» (Nantes, France, ); международной конференции «COST Action 2 High Performance Energy Storages for Mobile and Stationary' Applications» (Paris, France, ); международной конференции, «European Symposium on Supercapacitors and Applications» (Roma, Italy, ); научной конференции «Результаты фундаментальных исследований в области энергетики и их практическое значение» (Москва, ). Основные материалы диссертации опубликованы в печатных работах, в том числе в 3 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях из перечня ВАК, а также 3-х патентах. Глава 1. Одним из современных направлений исследований в области разработки перезаряжаемых накопителей электрической энергии являются работы по созданию электрохимических сунерконденсагоров (ЭСК), встречаются также названия ультраконденсатор, суперконденсатор, ионистор, молекулярный накопитель. Суперконденсаторы - это устройства, в которых протекают квазиобратимые электрохимические зарядно-разрядные процессы, форма гальваностатичсских кривых заряжения и разряжения которых близка к линейной [1]. Первый патент с описанием двойнослойных суиерконденсаторов (ДСК) был опубликован в году фирмой General Electric [2]. В этом патенте была предложена конструкция суперконденсатора, основанная на углеродном материале с высокоразвитой поверхностью и водном электролите. В году компания Standard Oil of Ohio (SOI ПО), США впервые представила на рынок промышленный суперконденсатор на основе углеродного материала с высокоразвитой поверхностью и соли тетраалкиламмония в качестве электролита [3]. В результате небольших продаж, в году SOHIO передала лицензию фирме NEC, которой удалось удачно продвинуть продукт на рынке под именем суперкондеисатор. Независимо от зарубежных разработчиков в иод руководством Н. С. Лидоренко и А. М. Иванова молекулярные накопители были созданы в СССР [4,5]. В период с по год Б. Е. Конвей совместно с другим исследователями разработали новый суперконденсатор, в основу которого был положен принцип исевдоемкости [6]. В данном суиерконденсаторе осуществлялся окислительно-восстановительный процесс в основном в приповерхностных слоях электрода. RuOr) в гидратной фазе [7] и серной кислоты, обеспечивающая высокую емкость (>0 Ф/г) и низкое внутреннее сопротивление. В дальнейшем получили развитие электроды на основе NiO„ МпСЬ ] и с интеркаляционным литием (графит, LiMnCb и др. В -с годы века на суперкондснсаторы обратили внимание в контексте гибридного электрического транспорта. Департамент энергетики США в - годах инициировал краткосрочные, а после года и долгосрочные исследовательские работ ы по этой теме. Налажен выпуск промышленный так называемых «больших» суперконденсаторов, где в единице изделия могут быть обратимо накоплены десятки килоджоулей энергии. Производятся системы с энергозапасом более 1 МДж. Практическая реализация производства и применения «больших» ЭСК началась в СССР ещё в х годах прошлого столетия, но в силу специфики применения практически все сведения об этих работах не публиковались в открытой печати. Тсхнокор» (г. Москва), НПО «ЭКОНД» (г. Москва), ЗАО «ЭСМА» (г. Троицк Московской обл. ЗАО «ЭЛИТ’» (г. Курск), филиал GEN3 Partners (г. Санкт-Петербург). Электрохимические суиерконденсаторы входят в особую группу устройств хранения энергии, занимающую промежуточную нишу между обычными конденсаторами и аккумуляторными батареями, что иллюстрирует диаграмма Рагоне (рис. Удольиая оиаргнч. Рис. Диаграмма Рагоне для устройств хранения и генерации энергии. По величинам удельной энергии суперконденсаторы приближаются к энергиям аккумуляторов, а по удельной мощности - к обычным конденсаторам. Гак, например, в диапазоне мощности усилителя звука до Вт, где традиционно применялись алюминиевые конденсаторы, суперконденсаторы показывают более высокое напряжение в конце 0-й миллисекунды разряда, а, следовательно, и более высокую мощность. В табл.