Новые технологии положительного электрода электрохимических конденсаторов со щелочным электролитом
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Одним из перспективных решений в области накопителей энергии являются электрохимические конденсаторы (суперконденсаторы). Они имеют высокую мощность и способность быстро заряжаться и разряжаться без значительной потери емкости, что делает их очень привлекательными для применения в автомобильной промышленности, электронике и многих других.
Недостатком традиционных электрохимических конденсаторов является недостаточная производительность и использование дорогостоящих материалов. Новые технологии положительного электрода для щелочных электрохимических конденсаторов позволяют решить эту проблему и создать более эффективные устройства для хранения энергии.
В данной работе рассматривается применение технологий положительного и отрицательного электродов щелочных электрохимических конденсаторов, основанные на процессах электроосаждения. Эти технологии отличает высокая производительность, высокая эффективность и удельные характеристики электродов, позволяющие
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ 8
1.АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10
1.1 Общие сведения о щелочных конденсаторах 10
1.2 Классификация и принципы работы электрохимических конденсаторов 14
1.4 Технологии получения гидроксидно-никелевого электрода 18
1.5 Технология получения и свойства графитовой фольги 29
1.5.1 Получение термо-расширенного графита и технология формирования изделий. Структура и свойства ТРГ. 29
1.5.2 Технология изготовления армированной графитовой фольги 31
1.6 Композиционные электродные материалы 34
1.6.1 Композиционные электрохимические покрытия 36
1.7 Технология изготовления ЭХК 38
2 МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 44
2.1 Лабораторные испытания 44
2.1.1 Методика получения композиционных покрытий 44
2.2 Испытание в макетах конденсаторов 48
2.2.1 Получения гидроксидно-никелевого электрода на различных подложках. 48
2.3 Изготовление анода 50
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 51
3.1 Электрохимическое получение композиционных покрытий с порошком никеля, полученного переменными режимами. 51
3.2. Характеристики электродов, полученных на постоянном токе с использованием порошка, полученным импульсным электрохимическим осаждением 54
3.4 Композиционные электроды, полученные в условиях импульсного электролиза с использованием порошка, полученного импульсным электрохимическим осаждением. 58
3.3 Получение гидроксидно-никелевых электродов с графитовой фольгой в качестве подложки. 63
3.4 Результаты испытаний в макетах конденсаторов 65
3.5 Исследование кадмиевых электродов 68
Выводы 75
Список литературы 79
Список литературы
1. Hailiang Wang, Hernan Sanchez Casalongue, Yongye Liang, and Hongjie Dai Ni(OH)2 Nanoplates Grown on Graphene as Advanced Electrochemical Pseu-docapacitor Materials // ACS Publications. - Washington, D.C.: Journal of the American Chemical Society, 2010. - С. 7472-7477.
2. J.R.Miller, R.A.Outlaw, B.C.Holloway Graphene Double – Layer Capacitor with ac Line-Filtering Performance // Pub Med. - Meryland: National zenter of biology information, 2010. - С. 1637-1650.
3. G.Wang, L.Zhang, J.Zhang A review of electrode materials for electrochemical supercapacitors // Chem Soc Rev. - 2012. - №41. - С. 797-828.
4. Материалы сайта АО «Энергия» URL:https://www.jsc-en-ergiya.com/catalog/kondensatornye-moduli/ (дата обращения 06.02.2023).
5. Wang X., Deng C., Hong X., Dong W., Liang B. Controllable Synthesis of NiCo2O4, NiCo2O4/Graphene Composite and their Electrochemical Application in Supercapacitors // Journal of Energy Storage. 2022. Vol. 55. Р. 238–254.
6. Пат. 2 524 933 RU МПК C01B 31/04, H05B 6/64. Способ и установка для производства термо-расширенного графита.
7. Erdemir F., Güler O., Çanakçı A. Electroless Nickel-Phospho-rus Coated Expanded Graphite Paper: Binder-Free, Ultra-thin,and Low-Cost Electrodes for High-Performance Supercapacitors // Journal of Energy Storage. 2021. Vol. 44. Р. 3364–3373.
8. Zihong S., Anbao Y. Electrochemical Performance of Nickel Hydrox-ide/Activated Carbon Supercapacitors Using a Modi-fied Polyvinyl Alcohol Based Alkaline Polymer Electrolyte //Chinese Journal of Chemical Engineering. 2009. Vol. 17.Р. 150–155.
9. Пат. 2148284 RU МПК С1H01M 4/16,H01M 10/28. Способ изготовления оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора.
10. Новые технологии композиционных электродов электрохимических конденсаторов / Д.Н. Кузнецов [и др.] // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2022. No 2. С. 85–92.
11. Пат. 2254641 RUМПКС1H01M 4/04, H01G 11/22. Способ изготовления неполяризуемого электрода для электрохимического конденсатора.
12. Морозова А.П. Применение оксидно-никелевого электрода с углево-локонной основой в процессах окисления спиртов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2011. No 3. С. 105–107.
13. Nickel Oxide Nanoparticles Supported on to Oriented Multi-Walled Car-bon Nanotube as Electrodes for Electrochemical Capacitors / G. Willian [et al] // ElectrochimicaActa. 2019 No 13. Р. 468–483.
14. Positive Electrode of Electrochemic
После 7 часов работы линии выполнили корректировку рН, которое составило 5,4. Для этого прорабатывали ванну с нерастворимым анодом до достижения уровня рН 5,0 при объемной плотности тока 52 А/л и соотношении площадей катода и анода 10:1. Время проработки составило 15 минут. Через 15 часов производственного простоя ванны рН составляло 4,6-4,8. Для корректировки рН выполнили проработку с растворимым железным анодом при соотношении площадей катода и анода 1:10 при объемной плотности тока 52 А/л до достижения рН 4,9. Время проработки составило 12 минут. Общее время корректировки рН за счет предлагаемой проработки электролита составило 0,45 часа. Время, затраченное на получение 10000 электродов с учетом выхода годных 94,5%, составило 30 часов. Производительность составила 315 электродов/час.Таким образом, за счет сокращения суммарного времени анодной электро