Научная статья на тему 'НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ'

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
73
12
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ / КОМПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОД / УЛЬТРАДИСПЕРСНЫЙ ПОРОШОК НИКЕЛЯ / ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Кузнецов Денис Николаевич, Липкин Валерий Михайлович, Москалев Юрий Геннадьевич, Корбова Екатерина Вадимовна, Гришин Тимур Вячеславович

Изучены возможности композиционных покрытий никель - ультрадисперсный порошок никеля и графитовой фольги, содержащей высокопористые частицы терморасширенного и окисленного графита. Установлено, что композиционный электрод никелевое покрытие - порошок никеля - гидроксид никеля является перспективным как для электрохимических конденсаторов с удельной конденсаторной емкостью до 1300 Ф/г, так и для щелочных аккумуляторов с удельной емкостью 219 мАч/г. Высокие удельные характеристики достигаются при содержании дисперсной фазы в композиционном покрытии 0,3 - 5,0 %, при этом содержание гидроксида никеля составляет 0,005-0,070 г/см2. Основой для нанесения гидроксида никеля служит графитовая фольга, позволяющая получить удельную конденсаторную емкость более 2000 Ф/г и удельную фарадеевскую емкость 229 мАч/г. Высокие удельные характеристики материала получены благодаря оксиду графита, обеспечивающего частично химическое окисление гидроксида никеля. Электрод на основе графитовой фольги не подвержен саморазряду вследствие высокой адсорбционной способности по отношению к кислороду, поддерживающему химическое окисление гидроксида никеля при хранении.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Кузнецов Денис Николаевич, Липкин Валерий Михайлович, Москалев Юрий Геннадьевич, Корбова Екатерина Вадимовна, Гришин Тимур Вячеславович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

NEW COMPOSITE ELECTRODE TECHNOLOGIES FOR ELECTROCHEMICAL CAPACITORS

The purpose of this work was to investigate the capabilities of composite nickel- ultradispersed nickel powder and graphite foil containing highly porous particles of thermally expanded and oxidized graphite. As a result of the research it was found that the composite electrode nickel coating - nickel powder - nickel hydroxide is a promising electrode for electrochemical capacitors with specific capacitive capacity up to 1300 F/g, and for alkaline batteries with specific capacity 219 mAh/g. High specific characteristics are achieved with a dispersed phase content of 0.3 to 5% in the composite coating, with nickel hydroxide content of 0.005-0.07 g/cm2. Graphite foil is the base for the nickel hydroxide coating, providing a specific capacitance of more than 2000 F/g and a specific Faraday capacitance of 229 mAh/g. The high specific characteristics of the material are ensured by the graphite oxide, which provides partially chemical oxidation of the nickel hydroxide. The graphite foil electrode is not susceptible to self-discharge due to its high adsorption capacity towards oxygen which provides chemical oxidation of the nickel hydroxide during storage.

Текст научной работы на тему «НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ»

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2022. No 2

Научная статья УДК 621.762.27

doi: 10.17213/1560-3644-2022-2-85-92

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ

Д.Н. Кузнецов, В.М. Липкин, Ю.Г. Москалев, Е.В. Корбова, Т.В. Гришин, И.А. Мокриевич, О.Е. Кузнецов

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия

Аннотация. Изучены возможности композиционных покрытий никель - ультрадисперсный порошок никеля и графитовой фольги, содержащей высокопористые частицы терморасширенного и окисленного графита. Установлено, что композиционный электрод никелевое покрытие - порошок никеля - гидроксид никеля является перспективным как для электрохимических конденсаторов с удельной конденсаторной емкостью до 1300 Ф/г, так и для щелочных аккумуляторов с удельной емкостью 219 мАч/г. Высокие удельные характеристики достигаются при содержании дисперсной фазы в композиционном покрытии 0,3 - 5,0 %, при этом содержание гид-роксида никеля составляет 0,005-0,070 г/см2. Основой для нанесения гидроксида никеля служит графитовая фольга, позволяющая получить удельную конденсаторную емкость более 2000 Ф/г и удельную фарадеевскую емкость 229 мАч/г. Высокие удельные характеристики материала получены благодаря оксиду графита, обеспечивающего частично химическое окисление гидроксида никеля. Электрод на основе графитовой фольги не подвержен саморазряду вследствие высокой адсорбционной способности по отношению к кислороду, поддерживающему химическое окисление гидроксида никеля при хранении.

Ключевые слова: композиционные покрытия, композиционный электрод, ультрадисперсный порошок никеля, потенциометрические методы

Для цитирования: Кузнецов Д.Н., Липкин В.М., Москалев Ю.Г., Корбова Е.В., Гришин Т.В., Мокриевич И.А., Кузнецов О.Е. Новые технологии композиционных электродов электрохимических конденсаторов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2022. № 2. С. 85-92. http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2022-2-85-92

Original article

NEW COMPOSITE ELECTRODE TECHNOLOGIES FOR ELECTROCHEMICAL CAPACITORS

D.N. Kuznetsov, V.M. Lipkin, Yu.G. Moskalev, E.V. Korbova, T.V. Grishin, I.A. Mokrievich, O.E. Kuznetsov

Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia

Abstract. The purpose of this work was to investigate the capabilities of composite nickel- ultradispersed nickel powder and graphite foil containing highly porous particles of thermally expanded and oxidized graphite. As a result of the research it was found that the composite electrode nickel coating - nickel powder - nickel hydroxide is a promising electrode for electrochemical capacitors with specific capacitive capacity up to 1300 F/g, and for alkaline batteries with specific capacity 219 mAh/g. High specific characteristics are achieved with a dispersed phase content of 0.3 to 5% in the composite coating, with nickel hydroxide content of0.005-0.07g/cm2. Graphite foil is the base for the nickel hydroxide coating, providing a specific capacitance of more than 2000 F/g and a specific Faraday capacitance of 229 mAh/g. The high specific characteristics of the material are ensured by the graphite oxide, which provides partially chemical oxidation of the nickel hydroxide. The graphite foil electrode is not susceptible to self-discharge due to its high adsorption capacity towards oxygen which provides chemical oxidation of the nickel hydroxide during storage.

Keywords: composite coatings, composite electrode, ultradispersed nickel powder, potentiometric methods

For citation: Kuznetsov D.N., Lipkin V.M., Moskalev Yu.G., Korbova E.V., Grishin T.V., Mokrievich I.A., Kuznetsov O.E. New composite electrode technologies for electrochemical capacitors. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Techn. nauki=Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Technical Sciences. 2022; (2):85-92. (In Russ.) http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2022-2-85-92

© ЮРГПУ (НПИ), 2022

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION.

TECHNICAL SCIENCES. 2022. No 2

Введение

Электрохимические конденсаторы (ЭХК) являются на сегодняшний день одним из перспективных направлений развития химических источников тока [1]. Одними из наиболее популярных и широко производимых в России видов ЭХК являются ЭХК со щелочным электролитом, специально приготовленным положительным оксидно-никелевым электродом и отрицательным электродом из графитированной ткани, производимые, например, на АО «Энергия» [2]. Характеристики этих конденсаторов определяются положительным электродом, поэтому на его совершенствование направлены основные усилия разработчиков. Основной технологией нанесения гидроксида никеля на положительный электрод конденсатора является технология электрохимического генерирования гидроксида никеля на пористой под-ложке-токоотводе за счет подщелачивания при-электродного слоя в нитратном никельсодержа-щем электролите [3]. Свойства этого электрода во многом зависят от макроструктуры используемой подложки. В качестве таких подложек применяют спеченный никелевый порошок [4], графитовые волокна [5, 6], композиционные покрытия никель-порошок никеля [7]. В тех случаях, когда в качестве основы используется высокопористый никель, он играет не только роль носителя, но и частично активного материала. Известны примеры, когда роль активного материала играют никелевые порошки [9] и порошки оксидов никеля [10], нанесенные на стальную подложку в виде пасты с полимерным связующим. В связи с этим применение активной подложки представляется перспективным направлением новых технологий получения оксидно-никелевого электрода. Целью настоящей работы являлось изучение возможностей композиционных покрытий никель - ультрадисперсный порошок никеля и графитовой фольги, содержащей высокопористые частицы терморасширенного и окисленного графита, производимого группой компаний УНИХИМТЕК [11, 12].

Методика эксперимента

Для создания композиционных покрытий никель-порошок никеля использовали электролитический порошок никеля, полученный на титановом цилиндрическом катоде в электролите, синтезированном анодным растворением никеля в одно-молярном растворе хлорида аммония с добавкой 0,8 г/л хлорида алкилтриметиламмония [7, 8]. В качестве материала для изготовления композиционного покрытия использовалась пропорция 2 г порошка на 1 л электролита, содержащего сульфат

никеля с концентрацией 0,5 моль/л при температуре 30 °С. Синтез покрытия проводили при различных импульсных режимах поляризации (табл. 1). Количество порошка в покрытии определяли по разности теоретической и практической массы покрытия. На композиционное покрытие наносили гидроксид никеля из электролита, содержащего ионы никеля в концентрации 3,5 моль/л в присутствии нитрат-ионов с концентрацией 0,15 моль/л при температуре 32 °С. Количество полученного гидроксида никеля для образцов приведено в табл. 1.

Таблица 1 /Table 1

Характеристики композиционных электродов никель-порошок никеля-гидроксид никеля / Characteristics of composite electrodes nickel-powder nickel-hydroxide

Образец Содержание порошка никеля, % Время импульса получения композиционного покрытия, с Масса гидроксида никеля, г

ni.komp.per.1 ni.komp.per.2 ni.komp.per.5 4,579352 10,28385 0,255154 110-3 110-2 510-2 0,028 0,012 0,01

Для создания электродов на основе графитовой фольги проводили катодную обработку в 1М растворе гидроксида калия для увеличения удельной площади подложки, после чего электрод промывался и просушивался. На подготовленную основу наносился гидроксид никеля электрохимическим способом (табл. 2).

Таблица 2 / Table 2

Характеристики электродов на основе графитовой фольги / Characteristics of graphite foil electrodes

Обозначение образца Плотность тока, мА/см2 Масса гидроксида никеля, г

trg.tok.1 10 0,286

trg.tok.4 100 0,339

Электроды испытывали во фторопластовой ячейке с щелевым вкладышем, а также в макете конденсатора ЭК09 с электродом площадью 98 см2, полученном в условиях Исследования электродов проводили методом циклической вольтамперометрии и гальваностатического цик-лирования. Испытания электродов осуществляли в электролите состава: гидроксид калия 400 г/л, гидроксид лития 20 г/л в двух видов режимов:

1) циклической развертки (скорости развертки были 4, 10, 20, 50, 100 мВ/с) в диапазоне напряжений ±1500 мВ. Удельную конденсаторную емкость определяли по формуле:

I

С =

^раз-ка •(^2 - mi)'

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION.

TECHNICAL SCIENCES. 2022. No 2

где I - ток, £/раз-ка - скорость развертки; ш\ и т2 -масса электрода до и после нанесения гидроксида никеля;

2) заряд-разряд электрода токами: 4, 10, 20, 50 и 100 мА. При этом на каждый период заряда давалось по 300 с. Разряд проводился тем же током, что и заряд, условия прекращения разряда: период продлился 300 с или потенциал электрода достиг нуля. Гальваностатическую конденсаторную емкость вычисляли по формуле

с =_0_

к (и - ЦгКт - то'

где Q - рабочий заряд; П\ и и - потенциал электрода в начале и конце разряда; т1 и т2 - масса электрода до и после нанесения гидроксида никеля.

Фарадеевскую удельную емкость рассчитывали по формуле

Сф (т2 - т1)'

Результаты и обсуждение

Структура композиционного электрода по данным сканирующей электронной микроскопии (рис. 1) состоит из пор различного размера, образованных границами частиц порошка с кристаллитами покрытия (рис. 1, а). Наполнение этой структуры происходит как на плоских участках покрытия, так и в его порах (рис. 1, б).

а б

Рис. 1. Изображения, полученные методом сканирующей электронной микроскопии для исходного композиционного покрытия (а) и композиционного покрытия, наполненного гидроксидом никеля (б) / Fig. 1 Scanningelectronmicroscopy-imagesoftheoriginalcompositecoating (a) andthecompositecoat-ingfilledwithnickelhydroxide (б)

Исследование электродных процессов полученных композиционных электродов методом циклической вольтамперометрии (рис. 2) показывает, что линейная зависимость тока максимума от скорости развертки потенциала отмечена только для образца ni.komp.per.5 (рис. 3). В случаях образцов ni.komp.per.1 и ni.komp.per.2

наблюдается немонотонная зависимость, что является признаком твердофазных процессов транспорта протонов в гидроксидной структуре. Столь разный характер зависимостей свидетельствует о формировании разных структур, образованных частицами порошка никеля в покрытии, порами покрытия и слоем гидроксида никеля. I, А 0,4

0,2 -

0,0

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

-1,0

-0,8 -0,4

0,0

0,4 0,8

1,2 1,6 2,0 Е, В

I, А 0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

-0,2

-0,4

0,2 б

-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Е, В в

Рис. 2. Циклические вольтамперометрические зависимости

композиционных электродов никель-порошок никеля ni.komp.per. 1 (а), ni.komp.per.2 (б), ni.komp.per.5 (в). Числа -скорость развертки потенциала / Fig. 2 Cyclicvoltammetric dependences of composite nickel-powder electrodesni.komp.per. 1 (a), ni.komp.per.2 (б), ni.komp.per.5 (в). Numbers are potential sweep rate

Образец ni.komp.per.5 имеет минимальное из исследованной совокупности содержание дисперсной фазы в композиционном покрытии и минимальное количество гидроксида никеля, т. е. электрод является тонкослойным, в связи с чем в

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION.

TECHNICAL SCIENCES. 2022. No 2

его общей конденсаторной емкости имеется двой-нослойная составляющая, с чем связана линейность зависимости тока максимума от скорости развертки, особенно в области скоростей 20 - 100 мВ/с. Дополнительным подтверждением этому является отчетливо выраженный анодный предельный ток окисления гидроксида никеля.

Imax, А

0,3

0,2

0,1

0,0

50

100 v. мВ/с

Imax, мА 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02

0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 v,MB/C б

Рис. 3. Зависимость тока в максимуме от скорости развертки потенциала: композиционный электрод ni.komp.per.5 (а), электрод trg.tok. 1 из графитовой фольги (б)) / Fig. 3 Dependence of current at maximum on sweep rate of potential: composite electrode ni.komp.per.5 (a), graphite foil electrode trg.tok.1 (б)

Вольтамперометрическая емкость исследованных электродов (рис. 4) оказывается максимальной для тонкослойного электрода ni.komp.per.5 и составляет около 700 Ф/г, что согласуется с природой процессов на этом электроде.

При гальваностатическом циклировании (табл. 3) с разным временем заряда наибольшей удельной емкостью обоих видов характеризуются электроды 1 и 2 с большим содержанием дисперсной фазы в покрытии по сравнению с образцом 5 и, соответственно, с большим содержанием в этом покрытии гидроксида никеля. Удельная фа-радеевская емкость электрода 1 близка к теоретической удельной емкости гидроксооксида никеля, 273 мАч/г, что свидетельствует о высоком коэффициенте использования этого материала в условиях композиционного электрода.

За время заряда 7200 с (2 ч) происходит полный заряд активного материала во всех трех рассмотренных случаях. Зависимость удельных характеристик электродов от тока разряда при

5-минутном режиме заряда (табл. 4) показывает, что с ростом силы тока заряда до 50 мА наблюдается возрастание обоих видов емкости.

С, Ф/г 100

80

60

40

20

0

-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 £,В

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

С, Ф/г 800 600

400

200

0

- 1,0 -0,5 0,0 0,5 £,В

С, Ф/г 600 -

400 -200 -

-0,2

-0,1

0,0 в

0,1

0,2 Е, В

Рис. 4. Вольтамперометрическая емкость электродов ni.komp.per.1 (1), ni.komp.per.2 (2) (а); ni.komp.per.5 (б); trg.tok.4(e) / Fig. 4 Voltammetric capacity of ni.komp.per.1 (1), ni.komp.per.2 (2) electrodes (a); ni.komp.per.5 (б); trg.tok.4(e)

При этом электроды не теряют работоспособности и при силе тока 100 мА. Полученные данные свидетельствуют о глубокой проработке электродов даже при ускоренных заряд-разрядных режимах. Электроды ni.komp.per.1 и ni.komp.per.2 показывают высокую фарадеевскую удельную емкость, что позволяет применять рассматриваемую технологию для создания электродов гибридного устройства, аккумулятора-конденсатора. Функции аккумулятора реализуются при малых заряд-разрядных токах плотностью 2 мА/см2, в форсированных и ускоренных режимах циклирования возможна работа электродов повышенной мощностью, т. е. режим конденсатора.

а

0

а

б

0

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2022. No 2

Таблица 3/ Table 3

Зависимость удельной конденсаторной и удельной фара-деевской емкости исследованных электродов от времени заряда / Dependence of specific capacitance and specific Faraday capacitance of the investigated electrodes on the charge time

Образец Время заряда, с Удельная конденсаторная емкость, Ф/г Удельная фарадеевская емкость, мАч/г

1 3600 1932 142

7200 1627 219

10800 1648 213

14400 1611 212

2 3600 1100 153

7200 1226 159

10800 1260 160

14400 1252 161

5 3600 315 42

7200 336 44

10800 347 44

14400 340 43

ТРГ 1 3600 2746 236

7200 2674 270

10800 2246 287

14400 2099 292

ТРГ 4 3600 1218 65

7200 956 110

10800 1293 154

14400 1945 229

Таблица 4 /Table 4

Удельные характеристики композиционных электродов

при разном токе разряда при заряде 5 минут / Specific characteristics of composite electrodes at different

Образец Ток разряда, мА Удельная конденсаторная емкость Ф/г Удельная фарадеевская емкость мАч/г

1 4 116 10

10 183 17

20 379 40

50 746 110

100 443 71

2 4 786 28

10 943 69

20 1115 139

50 660 111

100 356 65

5 4 225 23

10 489 65

20 500 74

50 389 61

100 279 48

ТРГ 1 4 78,7 2,1

10 169,4 7,5

20 222,9 17,4

50 41,3 5,4

100 0,0 0,0

ТРГ 4 4 3,4 0,5

10 31,5 4,7

20 95,5 14,4

50 228,0 36,0

100 395,0 71,6

Другим вариантом пористой основы для нанесения гидроксида никеля является графитовая фольга. Гидроксид никеля, нанесенный на фольгу, имеет хлопьевидный характер (рис. 5), хлопья расположены вокруг чешуек графитовой фольги.

б

Рис. 5. Изображения гидроксида никеля, нанесенного на графитовую фольгу. Оптический микроскоп. Увеличение 10х а - середина поверхности электрода; б - граница токоотвода / Fig. 5. Images of nickel hydroxide deposited on graphite foil.

Optical microscope. Magnification 10x a - middle of the electrode surface; б - boundary of the current collector

Для электродов на основе графитовой фольги ЦВА зависимости также обнаруживают разный характер изменения в зависимости от скорости развертки потенциала (рис. 6). Масса гидроксида никеля на электроде trg.tok.4 больше массы на электроде trg.tok.1, в связи с чем на электроде trg.tok.4 зависимость тока катодного максимума от скорости развертки имеет нерегулярный характер, что связано с замедленной диффузией протонов и недостаточным контактом гидроксида никеля с основой. Для электрода trg.tok.1 зависимость тока максимума линейно изменяется в зависимости от корня квадратного из скорости развертки потенциала (рис. 3, б), что свидетельствует о возрастании скорости диффузии протонов.

Вольтамперометрическая емкость электрода trg.tok.4 (рис. 4, в) имеет максимум при потенциале 0,01 В величиной около 500 Ф/г. В условиях постоянного тока удельная конденсаторная емкость электрода trg.tok.1 значительно выше, чем уэлектрода trg.tok.4, это означает, что оптимальными условиями работы электродов является

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION.

TECHNICAL SCIENCES. 2022. No 2

0,2 0,4 б

Рис. 6. Циклические вольтамперометрические зависимости электродов на основе графитовой фольги trg.tok.4 (а), trg.tok.1 (б) / Fig. 6 Cyclicvoltammetric dependences of graphite foil electrode trg.tok.4 (a), trg.tok.1 (б)

Поскольку электроды на основе графитовой фольги имеют более высокие удельные характеристики, для этих электродов были проведены испытания в макете серийно производимого АО «Энергия» конденсатора ЭК09. Разрядные кривые электродов (рис. 7, а) соответствуют фараде-евским процессам, причем разрядная емкость превышает зарядную. Этот эффект связан с возможностями восстановления оксида графита, присутствующего в графитовой фольге. Особый интерес представляет взаимодействие оксида графита с гидроксидом никеля, приводящее к окислению последнего. Возможности хемосорбции кислорода терморасширенным графитом (ТРГ) также могут быть причиной дополнительного увеличения емкости. Так, с увеличением зарядного и разрядного токов наблюдается рост как фараде-евской, так и конденсаторной емкости (рис. 7, б) вплоть до токов 250 мА, что связано с параллельным выделением кислорода на поверхности ТРГ, увеличивающимся с ростом зарядного тока.

Рис. 7. Результаты испытаний электрода на основе графитовой фольги в составе конденсатора ЭК09: а - зарядная (1) и разрядная (2) характеристики положительного электрода; б - зависимость удельных характеристик от величины разрядного тока / Fig. 7 Results of tests of graphite foil electrode as apart of capacitor EK09: a - charge (1) and discharge (2) characteristics of positive electrode; б - dependence of specific characteristics on discharge current value

Испытания на саморазряд показали, что для композиционных электродов никель-порошок никеля саморазряд составляет до 8 % в сутки, тогда как для электродов на основе графитовой фольги наблюдается обратный эффект, увеличение разрядной емкости после хранения в заряженном состоянии (отрицательный саморазряд), что связано с отмеченными эффектами взаимодействия оксида графита с гидроксидом никеля и является уникальным явлением для электродов химических источников тока.

По сравнению с электродами trg.tok.1 и trg.tok.4 меньшей площади имеется некоторое снижение удельных характеристик, что связано с недостаточно оптимальным распределением гид-роксида никеля в электроде большей площади.

Выводы

1. Композиционный электрод никелевое покрытие - порошок никеля - гидроксид никеля является перспективным электродом как для электрохимических конденсаторов с удельной конденсаторной емкостью до 1300 Ф/г, так и для щелочных аккумуляторов с удельной емкостью

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2022. No 2

219 мАч/г. Высокие удельные характеристики достигаются при содержании дисперсной фазы в композиционном покрытии 0,3 - 5 %, при этом содержание гидроксида никеля составляет

0.005.- 0,070 г/см2.

2. Графитовая фольга служит основой для нанесения гидроксида никеля, обеспечивающего удельную конденсаторную емкость более 2000 Ф/г и удельную фарадеевскую емкость 229 мАч/г. Высокие удельные характеристики материала обусловлены наличием оксида графита, обеспечивающего частично химическое окисление гидроксида никеля.

3. Электрод на основе графитовой фольги не подвержен саморазряду вследствие высокой адсорбционной способности по отношению к кислороду, который поддерживает химическое окисление гидроксида никеля при хранении.

Список источников

1. Saptarshi Dhibar. Electrochemical behaviour of graphene and carbon nanotubes based hybrid polymer composites Hybrid Polymer Composite Materials Processing. Kharagpur: Materials Science Centre, Indian Institute of Technology. Kharagpur, 2017. P. 211 - 248.

2. Материалы сайта АО «Энергия» URL: https://www.jsc-en-ergiya.com/catalog/kondensatornye-moduli/(дата обращения 08.05.2022).

3. Пат. 2148284 RU МПК C1H01M 4/16,H01M 10/28.Способ изготовления оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора

4. Пат. 2254641 RU МПКС1 H01M 4/04, H01G 11/22. Способ изготовления неполяризуемого электрода для электрохимического конденсатора.

5. Морозова А.П. Применение оксидно-никелевого электрода с углеволоконной основой в процессах окисления спиртов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн.науки. 2011. № 3.С. 105 - 107.

6. Willian G. Nunes. Nickel oxiden anoparticles supported on to oriented multi-walled carbon nanotube as electrodes for electrochemical capacitors/Leonardo M. Da Silva, Rafael Vicen-tini, Bruno Guilherme // ElectrochimicaActa. 2019. № 13. Р. 468 - 483.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. МоскалевЮ.Г., Рукавицын ДА., КузнецовД.Н., Липкин В.М. Positive electrode of electrochemical capacitor with alkaline electrolyte based on composite electroplating nickel-nickel powder // Scientific research of the SCO countries: synergy and integration: proceedings of the International Conference. Beijing. January 26, 2022..Part 1: Participants' reports in English. Р. 64-71.

8. Липкин М.С. Влияние параметров импульсных режимов поляризации на гранулометрический состав порошков никеля // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2020. №1. С. 37 - 42.

9. Липкин М.С., Липкин С.М., Гуляев И.С. Москалев Ю.Г., Липкин В.М., Кузнецов Д.Н., Корбова Е.В., Яценко А.Н. Влияние параметров импульсных режимов поляризации на гранулометрический состав порошков никеля // Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки. 2022. № 1. С. 37- 42.

10. Чернышева Д.В., Пудова Л.С., Попов Ю.В. [и др.] Non-isothermal decompositionasefficientand simple synthesis method of NiO/C nanoparticles for asymmetric supercapaci-tors // Nanomaterials Academic Open Access Publishing. 2021. Vol. 11, № 1. Р. 1 - 11.

11. Пат. 2706103RU МПК C1C01B 32/225, C04B 35/536. Графитовая фольга, листовой материал на ее основе, уплотнение и способ получения.

12. Материалы сайтаУНИХИМТЕК. Группа компаний. URL: https://unichimtek.ru/develop/tekhnologiya-polucheniya-graf itovoy-folgi-metodom-sukhogo-vspenivaniya/ (дата обращения 16.05.2022).

References

1. Saptarshi Dhibar. Electrochemical behaviour of graphene and carbon nanotubes based hybrid polymer composites Hybrid Polymer Composite Materials Processing. Kharagpur: Materials Science Centre, Indian Institute of Technology. Kharagpur, 2017. P. 211-248

2. Materials from JSC "Energia ". Available at: https://www.jsc-energiya.com/catalog/kondensatornye-moduli/ (accessed on 08.05.2022).

3. Method for preparation of oxide-nickel electrode of alkaline accumulator. Patent RF, no. 2148284.

4. Method for the manufacture of a non-polarisable electrode for an electrochemical condenser. Patent RF, no. 2254641.

5. Morozova A.P. The use of the oxide-nickel electrode with the carbon-fibre base in oxidation of alcohols. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Techn. nauki= Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Technical Sciences. 2011 ;(3): P. 105-107. (In Russ.).

6. Willian G. Nunes, Leonardo M. Da Silva, Rafael Vicentini, Bruno Guilherme.Nickel oxide nanoparticles supported onto oriented multi-walled carbon nanotube as electrodes for electrochemical capacitors. ElectrochimicaActa. 2019; (13):468-483

7. Moskalev Yu.G., Rukavitsyn D.A., Kuznetsov D.N., Lipkin V.M. Positive electrode of electrochemical capacitor with alkaline electrolyte based on composite electroplating nickel-nickel powder. Scientific re-search of the SCO countries: synergy and integration: proceedings of the International Conference. Beijing. January 26, 2022. Part 1: Part-pants' reports in English. P. 64-71. (In Russ.).

8. Lipkin M.S. Influence of polarization pulse modes parameters on a granulometric composition of the nickel powders. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Techn. nauki= Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Technical Sciences. 2020; (1): 37-42. (In Russ.).

9. Lipkin M.S., Lipkin S.M., Gulyaev I.S., Moskalev Yu.G., Lipkin V.M., Kuznetsov D.N., Korbova E.V., Yatsenko A.N. Influence of the Parameters of Pulse Polarization Regimes on the Granulometric Composition of Nickel Powders. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Techn. nauki=Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Technical Sciences. 2022; (1): 37 - 42. (In Russ.)

10. Chernysheva D.V., Pudova L.S., Popov Yu.V., Smirnova N.V., Maslova O.A., Allix M., Rakhmatulin A., Leontiev N.G., Nikolaev A.L., Leontiev I.N. Non-isothermal decomposition as efficient and simple synthesis method of NiO/C nanoparticles for asymmetric su-percapacitors. Nanomaterials Academic Open Access Publishing. 2021; 11(1):1-11. (In Russ.).

11. Graphite foil, sheet material based on graphite foil, sealing and method of obtaining. Patent RF, no. 2706103.

12. Material from the UNIHIMTEK website. Group of companies. Available at: URL: https://unichimtek.ru/develop/tekhnologiya-polucheniya-grafitovoy-folgi-metodom-sukhogo-vspenivaniya/ (accessed 16.05.2022).

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES.

2022. No 2

Сведения об авторах

Кузнецов Денис Николаевич - соискатель, кафедра «Химическая технология».

Липкин Валерий Михайловичв- канд. техн. наук, доцент, кафедра «Химическая технология», ipkin@yandex.ru

Москалев Юрий Геннадьевич - магистрант, кафедра «Химическая технология».

Корбова Екатерина Вадимовна - аспирант, кафедра «Химическая технология», war_wara@inbox.ru

Гришин Тимур Вячеславович - магистрант, кафедра «Химическая технология».

Мокриевич Игорь Антонович- магистрант, кафедра «Химическая технология».

Кузнецов Олег Евгеньевич - магистрант, кафедра «Химическая технология».

Information about the authors

Kuznetsov Denis N. - Competitor, Department «Chemical Technology».

Lipkin Valery M. - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department «Chemical Technology», ipkin@yandex.ru Moskalev Yuri G. - Master Student, Department «Chemical Technology».

Korbova Ekaterina V. - Graduate Student, Department «Chemical Technology», war_wara@inbox.ru Grishin Timur V.- Master Student, Department «Chemical Technology». Mokrievich Igor A. - Master Student, Department «Chemical Technology». Kuznetsov OlegE. - Master Student, Department «Chemical Technology».

Статья поступила в редакцию/the article was submitted 11.05.2022; одобрена после рецензирования / approved after reviewing 13.05.2022; принята к публикации / acceptedfor publication 17.05.2022.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.