Електрохімічні конденсатори на основі електропровідних полімерів
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Електрохімічні конденсатори на основі електропровідних полімерів
|
|
| Creator |
Хоменко, Володимир Григорович
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія.- Національний технічний університет України ―Київський політехнічний інститут ‖, Київ, 2011. Дисертація присвячена розробці електрохімічних конденсаторів на основі електропровідних полімерів. У роботі приділена увага вивченню впливу різних чинників на полімеризацію електропровідних полімерів (ЕПП) і на їх морфологічну структуру, розглянута структура композитів на основі ЕПП і їх структурна організація, від якої залежать фізико-хімічні властивості матеріалів. Показано, що структура субстрату є вирішальна у формуванні надмолекулярних структур ЕПП. У роботі вивчена електрохімічна поведінка електродів на основі електропровідних полімерів і визначені фактори, що впливають на стабільність і електрохімічні характеристики. Запропонована модель електрода на основі ЕПП, яка дозволяє кількісно описати електрохімічну поведінку ЕПП. Уперше теоретично обґрунтовані і практично реалізовані симетричні і асиметричні електрохімічні конденсатори на основі ЕПП. За діапазоном робочої напруги, питомими характеристиками, стабільністю і терміном служби розроблені електрохімічні конденсатори відповідають кращим зарубіжним аналогам. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.03 - техническая электрохимия.- Национальный технический университет Украины ―Киевский политехнический институт ‖, Киев, 2011. Диссертация посвящена разработке электрохимических конденсаторов на основе электронно-проводящих полимеров (ЭПП) с использованием водного электролита. В работе изучено электрохимическое поведение электродов на основе ЭПП и определены факторы, которые влияют на их стабильность и электрохимические характеристики. Предложена модель электрода на основе ЭПП, которая позволяет количественно описать электрохимическое поведение ЭПП. Модель ЭПП на молекулярном уровне может быть построена на основе системы параллельно-последовательного соединения микроэлектродов, каждый из которых формирует собственный двойной электрический слой. На основе теоретических расчетов установлено, что общая удельная поверхность такого ЭПП электрода может составлять ~ 6000 м2/г, что обусловливает аномально высокие значения удельной емкости ЭПП (более 500 Ф/г). В работе уделено внимание изучению условий синтеза ЭПП и влиянию структуры углеродных материалов на физико-химические свойства полианилина (ПАН), полипиррола (ПП), политиофена (ПТ), поли-3-метилтиофена (ПМеТ) и поли-3,4-этилендиокситиофена (ПЭДОТ). Проанализировано влияние разных факторов на полимеризацию ЭПП и на их морфологическую структуру, рассмотрена структура композитов на основе ЭПП и их структурная организация, от которой зависят физико-химические свойства материалов. Показано, что структура углеродного материала является решающим фактором в формировании надмолекулярных структур ЭПП. Установлено, что ЭПП композиты на основе терморасширенного графита и углеродных нанотрубок имеют наилучшие физико-химические характеристики и электропроводность при оптимальном содержании в композите терморасширеного графита 15-20 %, а в случае использования углеродных нанотрубок - при содержании 10-15 %. Систематические исследования электрохимических процессов на ЭПП электродах в макетах электрохимических конденсаторов показали, что падение емкости суперконденсатора (СК) с двумя одинаковыми ЭПП электродами обусловлено поведением отрицательного электрода. Именно в отрицательном электроде происходит постепенное накопление практически неэлектропроводной фазы ЭПП при циклировании, что приводит к увеличению внутреннего сопротивления СК. Поэтому реализовать стабильные и энергоемкие СК на основе ЭПП можно исключительно в ассиметричных системах, в которых используются разные по природе активные материалы для положительного и отрицательного электродов. С этой целью нами проведены исследования электродов на основе активированного углерода. Предложены методы модифицирования активированного угля и конкретизирован диапазон потенциалов, в котором электрод может обратимо циклироваться при построении асимметричного СК. Разработаны прототипы стабильных асимметричных СК, в которых ЭПП используется в качестве активного материала положительного электрода, а модифицированный кислородосодержащими функциональными группами активированный углерод с удельной емкостью ~ 600 Ф/г - для отрицательного электрода. Удельная энергия лабораторных прототипов таких асимметричных СК составила 11-31 Вт·час/кг (без учета массы корпуса) в зависимости от типа ЕПП и электролита. С целью разработки энергоемких асимметричных СК проведен также синтез и исследования электрохимических свойств аморфного диоксида марганца. Впервые созданы малогабаритные асимметричные СК на основе аморфного диоксида марганца и ЭПП с удельной энергией 9 Вт∙час/дм3. На основе проведенных исследований установлено, что с учетом перенапряжения максимальное рабочее напряжение данного СК может составлять 1.8 В в водном растворе на основе KNO3. Созданы малогабаритные герметичные экспериментальные образцы стабильных и энергоемких асимметричных СК емкостью до 15 Ф, которые по комплексу основных технических характеристик превышают коммерческие СК аналогичной емкости. The thesis for the Degree of Candidate of Technical Sciences. Specialty: 05.17.03 - technical electrochemistry. - National Technical University of Ukraine ―Kyiv Polytechnical Institute‖, Kiev, 2011. The thesis is dedicated to the development of electrochemical capacitors based on some conducting polymers. In the present work has been paid attention to investigations of different factors of polymerization of conducting polymers and their composites with carbon materials. It was shown that morphological structure of conducting polymers and their physical-chemical properties are depends strongly on the nature of carbon materials used as substrate and conductive additive for composites. The complex analysis of electrochemical properties of conducting polymers was carried out. There was proposed a model for conducting polymer based electrode. The highest specific capacity (over 500 F/g) of conducting polymer agrees well with proposed model. For the first time theoretically proved and practically realized some symmetric and asymmetric electrochemical capacitors based on conducting polymers, activated carbon and/or amorphous manganese oxide. Assembling above-mentioned materials in asymmetric capacitor results in a practical cell voltage up to 1.8V in aqueous medium, with energy densities close to the values obtained with electric double layer capacitors working in organic electrolytes, while avoiding their disadvantages. |
|
| Publisher |
НТУУ "КПІ"
|
|
| Date |
2011-09-26T10:32:40Z
2011-09-26T10:32:40Z 2011 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://library.kpi.ua:8080/handle/123456789/1128
|
|
| Language |
uk
|
|