Исследования электрохимических характеристик конденсаторов по влиянию природы электролитов

Главная » Литература » Тезисы » Исследования электрохимических характеристик конденсаторов по влиянию природы электролитов

Год издания: 2016

Милютина А.Д., Колесников В.А., Десятов А.В., Колесников А.В. РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва

В данной статье представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию природы электролита, технологии обработки углеродного материала на электрохимические характеристики суперконденсатора, такие как: удельная энергия, удельная мощность, удельная емкость, удельное сопротивление, а также КПД по энергии и КПД по емкости. В работе использованы классические электрохимические методы: метод циклической вольтамперометрии и хронопотенциометрический метод.

Объектами исследования являются электрохимические суперконденсаторные ячейки образец №1 и №2, разработанные в РХТУ им. Д.И. Менделеева, с характеристиками, приведенными в таблице 1.

Таблица 1. Основные характеристики электрохимической ячейки

Характеристика

Образец №1

Образец №2

Расшифровка электрода

Уголь марки YEC–8B – 88%, сажа – 5%, связующее – 6%, УНЧ – 1%

Уголь марки YEC–8B – 88%, сажа – 5%, связующее – 6%, УНЧ – 1%

Масса электрода, г

0,357

0,376

Электролит

1,4 M LiPF6+EC\DMC (1:1) +   + 2 % VC.

EmimBF4 + AN(40 %)

Масса электролита, г

0,966

0,94

Общая масса сборки, г

3,7423

3,655 грамм

В представленных объектах в качестве одного из компонентов электрода является углеродный наноматериал со следующими основными техническими характеристиками: - удельная поверхность: > 1800 м2/г ; - удельное сопротивление: 0,04 – 0,06 Ом?см; - химический состав: С > 95%, O ≈ 1...5 %, Cl < 0.5 %; - зольность: менее 0,5%.

Удельная емкость образцов суперконденсаторов

Рис. 1. Удельная емкость образцов суперконденсаторов. Условия: 3,8 В; 60?С.

Изменение средней мощности и динамика заряда/разряда суперконденсаторов во времени

Рис. 2. Изменение средней мощности и динамика заряда/разряда суперконденсаторов во времени. 

С использованием комплекса электрохимических методов получены экспериментальные зависимости по удельной емкости суперконденсаторов, динамика заряда и разряда суперконденсаторов во времени, изменение средней мощности суперконденсатора. Характер зависимостей представлен в качестве примера на рисунках 1-2.

Исследовалось сравнение энергомощностных характеристик суперконденсаторных ячеек с электролитами: EmimBF4 +AN (Ацетонитрил) 40%; электролит на основе ДМС (диметилсульфоксид) и солей лития.

Параметры испытания:

  • диапазон напряжений: 0–1800 мВ; скорость развертки: 10 мВ/с; количество циклов: 10;
  • диапазон напряжений: 0–2400 мВ; скорость развертки: 10 мВ/с; количество циклов: 10;
  • диапазон напряжений: 0–2600 мВ; скорость развертки: 10 мВ/с; количество циклов: 2.

Результаты исследования данных объектов приведены ниже в таблице 2.

Таблица 2. Энергетические характеристики ячеек 

Образец

Напряжение, мВ

Энергия, Дж/г

Мощность, Вт/г

Емкость, Ф/г

Уд. сопротивление, Ом/г

КПД по энергии

КПД по емкости

№ 1

1800

15,60

0,17

30,09

0,10

0,78

1,00

2400

23,63

1,03

31,39

0,27

0,81

0,99

№2

2400

8,76

0,09

13,05

0,95

0,47

0,98

2600

12,21

0,11

12,42

1,23

0,47

0,60

Анализ показывает, что значения характеристик суперконденсатора №2 с электролитом EmimBF4 +AN (Ацетонитрил) 40% значительно более высокие, чем с электролитом на основе ДМС (диметилсульфоксид) и солей лития. В частности мощность образца №2 при напряжении 2400 мВ – 1,03 Вт/г (образец №1 – 0,09 Вт/г), емкость 31,4 Ф/г (№2) и 13,5 Ф/г (№1), КПД по энергии 0,81 (№2) и 0,47 (№1). Указанные эффекты связаны с широким электрохимическим окном для ионной жидкости EmimBF4 и отсутствием органических примесей, способных участвовать в электрохимических реакциях и снижать электрохимические характеристики системы.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14-29-00194) Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева.