ВИСОКОПОТУЖНІ СУПЕРКОНДЕНСАТОРИ НА ОСНОВІ ПОРИСТИХ ВУГЛЕЦЕВИХ МАТЕРІАЛІВ З ОПТИМІЗОВАНИМИ ЕЛЕКТРОДНИМИ СКЛАДОВИМИ

summary

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено об’єкт і предмет досліджень, показано наукову но-визну та практичне значення отриманих результатів, визначено особистий внесок здобувача та наведено інформацію щодо апробації результатів досліджень.

В першому розділі розглянуто будову суперконденсатора та принцип його дії. Проведено огляд літератури по існуючим модельним уявленням про роботу супер-конденсатора. Проаналізовано процеси, що можуть перебігати в суперконденсаторі під час його експлуатації. Зроблено висновок щодо існуючих проблемних питань з даної тематики.

   В другому розділі  описано лабораторну методику очистки ацетонітрилу від домішок і приготування розчину електроліту з вмістом води не більше 0,003 мас. %. Описано процедуру виготовлення суперконденсаторів на основі ПВМ. Наведено вольтамперометричні методики вимірювання діапазону електрохімічної стабільності органічного електроліту та визначення корозійної стійкості алюмінієвих колекторів струму в цьому розчині. Запропоновано ґрунтовне пояснення щодо вибору електро-да порівняння для безводних середовищ. В якості останього був використаний стан-дартний хлорсрібний електрод порівняння – Ag,AgCl/KCl (1 M). Він був з’єднаний з робочим розчином через сольовий місток, який містив той же самий електроліт, що й електрохімічна комірка. Потенціал даного електрода залежно від умов може трохи змінюватися (він становить ~ +0,18 В за водневою шкалою), тому його калібрували відносно внутрішнього стандарту – редокс-пари фероцен / іон фероценію, потенціал якої не залежить від умов експерименту. Наведено детальний опис процедури тесту-вання суперконденсаторів у гальвано-потенціостатичному, вольтамперометричному режимах та режимі «короткого замкнення» для визначення їх експлуатаційних ха-рактеристик, а також вимірювання саморозряду в режимі «розірваного ланцюга».

В третьому розділі запропоновано описувати процеси дифузії, що протікають в пористих електродах при експлуатації суперконденсатора, в рамках «ярусної» мо-делі, згідно з якою електрод складається з  N однакових за товщиною ярусів. Ярус – це набір мезо- та мікропор, що є доступними для іонів електроліту і які визначають ємність електрода (C_n), а також макропор або транспортних каналів, що дають дуже малий внесок в його ємність, яким можна знехтувати. Сумарний опір та ємність в межах одного ярусу однакові.

Рухливість іонів в порах суттєво падає по відношенню до об’єму електроліту, тому в процесі розряду іони, що прямують через електрод, спочатку долають опір в мезопорах (R_n), а потім опір в транспортних каналах (R_i). При цьому протизаряд, що наведений в пористому електроді, долаючи електронний опір ПВМ (R_e), переходить до зовнішнього ланцюга. Електронний опір залежить лише від товщини АЧЕ, яка розташована між обраним ярусом та металічним колектором струму. В той же час, опір при русі іонів в транспортному каналі залежить ще й від концентрації електроліту. Варто зазначити, що концентрація іонів під час розряду неоднорідна вздовж транспортного каналу, і тому опір на різних ділянках транспортного каналу теж різний. Ця різниця обумовлює необхідність враховувати те, на якому рівні транспортного каналу знаходиться даний ярус.