Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю
У роботі досліджувалися процеси функціонування гібридних конденсаторів, в яких позитивними електродами були композити Ni(OH)₂ + С і Ni(OH)₂ + MoO₃ + С, що формувалися шляхом механохемічного змішування відповідних компонентів у співвідношенні 70:30 та 70:15:15 відповідно, до та після лазерного опромі...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2016
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117594 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю / О.М. Хемій, І.М. Будзуляк, Л.С. Яблонь, Д.І. Попович, О.В. Морушко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2016. — Т. 14, № 1. — С. 147-155. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-117594 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Хемій, О.М. Будзуляк, І.М. Яблонь, Л.С. Попович, Д.І. Морушко, О.В. 2017-05-25T13:31:16Z 2017-05-25T13:31:16Z 2016 Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю / О.М. Хемій, І.М. Будзуляк, Л.С. Яблонь, Д.І. Попович, О.В. Морушко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2016. — Т. 14, № 1. — С. 147-155. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1816-5230 PACS: 81.05.Rm, 81.05.U-, 81.16.-c, 81.40.Wx, 82.45.Yz, 82.47.Uv, 84.32.Tt https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117594 У роботі досліджувалися процеси функціонування гібридних конденсаторів, в яких позитивними електродами були композити Ni(OH)₂ + С і Ni(OH)₂ + MoO₃ + С, що формувалися шляхом механохемічного змішування відповідних компонентів у співвідношенні 70:30 та 70:15:15 відповідно, до та після лазерного опромінення, а неґативною електродою — нанопористий вуглець. Показано можливість їх сумісного функціонування; найвищі питомі характеристики встановлено для пари [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] при струмі у 10 мА. Виявлено, що кулонівська ефективність виходить на насичення протягом перших 100 циклів, яке для гібридної системи [(Ni(OH)₂ + C)]–[C] становить 75%, а для системи [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] — 94%. Для низьких частот кут нахилу Варбурґової прямої для гібридних систем [laser (Ni(OH)₂ + C)]–[C] і [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] зменшується у порівнянні з системою [Ni(OH)₂]–[C], що свідчить про наявність швидких оборотніх окиснювально-відновних реакцій. В работе исследовались процессы функционирования гибридных конденсаторов, в которых положительными электродами были композиты Ni(OH)₂ + C и Ni(OH)₂ + MoO₃ + C, которые формировались путём механохимического смешивания соответствующих компонентов в соотношении 70:30 и 70:15:15 соответственно, до и после лазерного облучения, а отрицательным электродом — нанопористый углерод. Показана возможность их совместного функционирования; высокие удельные характеристики установлены для пары [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] при токе 10 мА. Обнаружено, что кулоновская эффективность выходит на насыщение в течение первых 100 циклов, которое для гибридной системы [(Ni(OH)₂ + C)]–[C] составляет 75%, а для системы [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] — 94%. Для низких частот угол наклона прямой Варбурга для гибридных систем [laser (Ni(OH)₂ + C)]–[C] и [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] уменьшается по сравнению с системой [Ni(OH)₂]–[C], что свидетельствует о наличии быстрых обратимых окислительно-восстановительных реакций. In a given paper, processes of functioning hybrid capacitor, in which positive electrodes are composites Ni(OH)₂ + С and Ni(OH)₂ + MoO₃ + С formed by mechanochemical mixing the relevant components in the ratio of 70:30 and 70:15:15, respectively, and a negative electrode is nanoporous carbon, are studied before and after laser irradiation. The possibility of their joint functioning is shown. The highest specific characteristics are established for a couple of [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] at a current of 10 mA. AS revealed, the Coulomb efficiency saturates during the first 100 cycles up to 75% for the hybrid system [(Ni(OH)₂ + C)]–[C], and 94% for the system [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C]. For low frequencies, inclination angle of Warburg of line for hybrid systems [laser (Ni(OH)₂ + C)]–[C] and [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] is reduced compared to the system [Ni(OH)₂]–[C], indicating the presence of fast reversible redox reactions. uk Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю Hybrid Capacitors on the Base of Composites of Hydroxide of Nickel, Trioxide of Molybdenum, and the Activated Carbon Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю |
| spellingShingle |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю Хемій, О.М. Будзуляк, І.М. Яблонь, Л.С. Попович, Д.І. Морушко, О.В. |
| title_short |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю |
| title_full |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю |
| title_fullStr |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю |
| title_full_unstemmed |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю |
| title_sort |
гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю |
| author |
Хемій, О.М. Будзуляк, І.М. Яблонь, Л.С. Попович, Д.І. Морушко, О.В. |
| author_facet |
Хемій, О.М. Будзуляк, І.М. Яблонь, Л.С. Попович, Д.І. Морушко, О.В. |
| publishDate |
2016 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| publisher |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Hybrid Capacitors on the Base of Composites of Hydroxide of Nickel, Trioxide of Molybdenum, and the Activated Carbon |
| description |
У роботі досліджувалися процеси функціонування гібридних конденсаторів, в яких позитивними електродами були композити Ni(OH)₂ + С і Ni(OH)₂ + MoO₃ + С, що формувалися шляхом механохемічного змішування відповідних компонентів у співвідношенні 70:30 та 70:15:15 відповідно, до та після лазерного опромінення, а неґативною електродою — нанопористий вуглець. Показано можливість їх сумісного функціонування; найвищі питомі характеристики встановлено для пари [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] при струмі у 10 мА. Виявлено, що кулонівська ефективність виходить на насичення протягом перших 100 циклів, яке для гібридної системи [(Ni(OH)₂ + C)]–[C] становить 75%, а для системи [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] — 94%. Для низьких частот кут нахилу Варбурґової прямої для гібридних систем [laser (Ni(OH)₂ + C)]–[C] і [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] зменшується у порівнянні з системою [Ni(OH)₂]–[C], що свідчить про наявність швидких оборотніх окиснювально-відновних реакцій.
В работе исследовались процессы функционирования гибридных конденсаторов, в которых положительными электродами были композиты Ni(OH)₂ + C и Ni(OH)₂ + MoO₃ + C, которые формировались путём механохимического смешивания соответствующих компонентов в соотношении 70:30 и 70:15:15 соответственно, до и после лазерного облучения, а отрицательным электродом — нанопористый углерод. Показана возможность их совместного функционирования; высокие удельные характеристики установлены для пары [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] при токе 10 мА. Обнаружено, что кулоновская эффективность выходит на насыщение в течение первых 100 циклов, которое для гибридной системы [(Ni(OH)₂ + C)]–[C] составляет 75%, а для системы [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] — 94%. Для низких частот угол наклона прямой Варбурга для гибридных систем [laser (Ni(OH)₂ + C)]–[C] и [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] уменьшается по сравнению с системой [Ni(OH)₂]–[C], что свидетельствует о наличии быстрых обратимых окислительно-восстановительных реакций.
In a given paper, processes of functioning hybrid capacitor, in which positive electrodes are composites Ni(OH)₂ + С and Ni(OH)₂ + MoO₃ + С formed by mechanochemical mixing the relevant components in the ratio of 70:30 and 70:15:15, respectively, and a negative electrode is nanoporous carbon, are studied before and after laser irradiation. The possibility of their joint functioning is shown. The highest specific characteristics are established for a couple of [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] at a current of 10 mA. AS revealed, the Coulomb efficiency saturates during the first 100 cycles up to 75% for the hybrid system [(Ni(OH)₂ + C)]–[C], and 94% for the system [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C]. For low frequencies, inclination angle of Warburg of line for hybrid systems [laser (Ni(OH)₂ + C)]–[C] and [laser (Ni(OH)₂ + MoO₃ + C)]–[C] is reduced compared to the system [Ni(OH)₂]–[C], indicating the presence of fast reversible redox reactions.
|
| issn |
1816-5230 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117594 |
| citation_txt |
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю / О.М. Хемій, І.М. Будзуляк, Л.С. Яблонь, Д.І. Попович, О.В. Морушко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2016. — Т. 14, № 1. — С. 147-155. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT hemíiom gíbridníkondensatorinaosnovíkompozitívgídroksiduníklûtrioksidumolíbdenutaaktivovanogovuglecû AT budzulâkím gíbridníkondensatorinaosnovíkompozitívgídroksiduníklûtrioksidumolíbdenutaaktivovanogovuglecû AT âblonʹls gíbridníkondensatorinaosnovíkompozitívgídroksiduníklûtrioksidumolíbdenutaaktivovanogovuglecû AT popovičdí gíbridníkondensatorinaosnovíkompozitívgídroksiduníklûtrioksidumolíbdenutaaktivovanogovuglecû AT moruškoov gíbridníkondensatorinaosnovíkompozitívgídroksiduníklûtrioksidumolíbdenutaaktivovanogovuglecû AT hemíiom hybridcapacitorsonthebaseofcompositesofhydroxideofnickeltrioxideofmolybdenumandtheactivatedcarbon AT budzulâkím hybridcapacitorsonthebaseofcompositesofhydroxideofnickeltrioxideofmolybdenumandtheactivatedcarbon AT âblonʹls hybridcapacitorsonthebaseofcompositesofhydroxideofnickeltrioxideofmolybdenumandtheactivatedcarbon AT popovičdí hybridcapacitorsonthebaseofcompositesofhydroxideofnickeltrioxideofmolybdenumandtheactivatedcarbon AT moruškoov hybridcapacitorsonthebaseofcompositesofhydroxideofnickeltrioxideofmolybdenumandtheactivatedcarbon |
| first_indexed |
2025-11-24T16:25:17Z |
| last_indexed |
2025-11-24T16:25:17Z |
| _version_ |
1850482353960386560 |
| fulltext |
147
PACS numbers: 81.05.Rm, 81.05.U-, 81.16.-c, 81.40.Wx, 82.45.Yz, 82.47.Uv, 84.32.Tt
Гібридні конденсатори на основі композитів гідроксиду
ніклю, триоксиду молібдену та активованого вуглецю
О. М. Хемій, І. М. Будзуляк, Л. С. Яблонь, Д. І. Попович*,
О. В. Морушко
ДВНЗ «Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника»,
вул. Шевченка, 57,
76018 Івано-Франківськ, Україна
*Інститут прикладних проблем механіки і математики
ім. Я. С. Підстригача НАН України,
вул. Наукова, 3б,
79060 Львів, Україна
У роботі досліджувалися процеси функціонування гібридних конденса-
торів, в яких позитивними електродами були композити Ni(OH)2С і
Ni(OH)2MoO3С, що формувалися шляхом механохемічного змішу-
вання відповідних компонентів у співвідношенні 70:30 та 70:15:15 від-
повідно, до та після лазерного опромінення, а неґативною електродою
— нанопористий вуглець. Показано можливість їх сумісного функціо-
нування; найвищі питомі характеристики встановлено для пари [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] при струмі у 10 мА. Виявлено, що кулонівсь-
ка ефективність виходить на насичення протягом перших 100 циклів,
яке для гібридної системи [(Ni(OH)2C)]–[C] становить 75%, а для сис-
теми [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] — 94%. Для низьких частот кут
нахилу Варбурґової прямої для гібридних систем [laser (Ni(OH)2C)]–
[C] і [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] зменшується у порівнянні з систе-
мою [Ni(OH)2]–[C], що свідчить про наявність швидких оборотніх окис-
нювально-відновних реакцій.
In a given paper, processes of functioning hybrid capacitor, in which posi-
tive electrodes are composites Ni(OH)2С and Ni(OH)2MoO3С formed
by mechanochemical mixing the relevant components in the ratio of 70:30
and 70:15:15, respectively, and a negative electrode is nanoporous carbon,
are studied before and after laser irradiation. The possibility of their joint
functioning is shown. The highest specific characteristics are established
for a couple of [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] at a current of 10 mA. AS
revealed, the Coulomb efficiency saturates during the first 100 cycles up
to 75% for the hybrid system [(Ni(OH)2C)]–[C], and 94% for the system
[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C]. For low frequencies, inclination angle of
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2016, т. 14, № 1, сс. 147–155
2016 ІМÔ (Інститут металофізики
ім. Ã. В. Êурдюмова ÍАÍ України)
Íадруковано в Україні.
Ôотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
148 О. М. ХЕМІЙ, І. М. БУДЗУЛЯÊ, Л. С. ЯБЛОÍЬ та ін.
Warburg of line for hybrid systems [laser (Ni(OH)2C)]–[C] and [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] is reduced compared to the system [Ni(OH)2]–[C],
indicating the presence of fast reversible redox reactions.
В работе исследовались процессы функционирования гибридных кон-
денсаторов, в которых положительными электродами были композиты
Ni(OH)2C и Ni(OH)2MoO3C, которые формировались путём меха-
нохимического смешивания соответствующих компонентов в соотноше-
нии 70:30 и 70:15:15 соответственно, до и после лазерного облучения, а
отрицательным электродом — нанопористый углерод. Показана воз-
можность их совместного функционирования; высокие удельные ха-
рактеристики установлены для пары [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] при
токе 10 мА. Обнаружено, что кулоновская эффективность выходит на
насыщение в течение первых 100 циклов, которое для гибридной си-
стемы [(Ni(OH)2C)]–[C] составляет 75%, а для системы [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] — 94%. Для низких частот угол наклона пря-
мой Варбурга для гибридных систем [laser (Ni(OH)2C)]–[C] и [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] уменьшается по сравнению с системой
[Ni(OH)2]–[C], что свидетельствует о наличии быстрых обратимых
окислительно-восстановительных реакций.
Ключові слова: гібридні конденсатори, композит, гідроксид ніклю,
триоксид молібдену, активований вуглець, питома ємність.
Key words: hybrid capacitors, composite, hydroxide nickel, molybdenum
trioxide, activated carbon, specific capacity.
Ключевые слова: гибридный конденсатор, композит, гидроксид нике-
ля, триоксид молибдена, активированный углерод, удельная ёмкость.
(Отримано 4 листопад 2015 р.; остаточний варіант — 29 березня 2016 р.)
1. ВСТУП
Електрохемічні накопичувачі заряду (суперконденсатори (СÊ))
широко використовуються для живлення пристроїв електроніки і
електротехніки, завдяки їх здатності розвивати високу потуж-
ність та витримувати велику кількість (до 106) циклів за-
ряд/розряду, що є недосяжним в літійових джерелах струму
(ЛДС). Це пов’язано з тим, що в класичних СÊ відсутні електро-
хемічні реакції, швидкість проходження яких обмежує величину
потужности, а перенесення маси в ЛДС зменшує кулонівську
ефективність при зростанні кількости циклів заряд/розряду.
Проте, питома енергія СÊ, як правило, менша, ніж в ЛДС і па-
ливних елементах. Підвищити їх питому енергію можна збіль-
шенням середньої робочої напруги комірки, яка обмежена типом
електроліту та внутрішнім опором, що визначається в основному
матеріялом електроди та електролітом. З огляду на це, принци-
ÃІБРИДÍІ ÊОÍДЕÍСАТОРИ ÍА ОСÍОВІ ÊОМПОЗИТІВ 149
повими потенційними перевагами володіє гібридний конденсатор
(ÃÊ), у якому комбінується ідеально поляризована електрода,
яка забезпечує високу питому потужність пристрою, з Ôарадейо-
вою електродою, що забезпечує високу вихідну енергію. Íайваж-
ливішою складовою ÃÊ є матеріял електрод, оскільки у гібрид-
них системах, крім того, що електродні матеріяли мають відпові-
дати певним вимогам щодо їх структури і фізико-хемічних влас-
тивостей, вони ще мають бути сумісними, тобто функціонувати у
конкретній електрохемічній системі. Поєднання поляризованої
електроди з електродою батарейного типу для вибраного електро-
літу дає змогу досягнути оптимального співвідношення між пи-
томими енергією і потужністю, а висока напруга може бути дося-
гнута без зменшення стабільности і циклічности.
Серед таких систем, гібридний конденсатор на основі гідрокси-
ду ніклю та вуглецевої електроди у водних електролітах привер-
тає все більшу увагу дослідників через низьку вартість і успішну
комерціялізацію. Однак, мала (10
17 Ом1см1) електронна прові-
дність гідроксиду ніклю знижує ефективність електронного обмі-
ну, що зменшує питому потужність відповідних ÃÊ. Ці недоліки
можна подолати шляхом використання пористого вуглецю й ок-
сидів перехідних металів, зокрема MoO3, при формуванні компо-
зитів. У таких композитах гексагональна щільноупакована стру-
ктура гідроксиду ніклю забезпечує швидкі окиснювально-
відновні Ôарадейові реакції, а шарувата структура оксиду моліб-
дену дає змогу інтеркалювати йони в широкому діяпазоні. З ін-
шого боку, пориста структура вуглецю забезпечує низькоопірні
шляхи для йонів, зокрема K+, в пори матеріялу й утворення ве-
ликої питомої поверхні і формування подвійного електричного
шару (ПЕШ) [1].
2. ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
У даній роботі здійснено порівняльну аналізу питомих енергети-
чних характеристик гібридних систем на основі Ni(OH)2, компо-
зитів Ni(OH)2С, Ni(OH)2MoO3С та лазером опромінених
Ni(OH)2С, Ni(OH)2MoO3С, з яких формували позитивні еле-
ктроди, та активованого вуглецю для неґативної електроди; еле-
ктролітом служив 33% розчин KOH. Як показано в [2], оптима-
льне співвідношення Ni(OH)2:С та Ni(OH)2MoO3:С становило
30:70; вміст діоксиду ніклю та триоксиду молібдену в останньому
композиті був однаковий. Вихідною композицією для неґативної
електроди ÃÊ служила суміш з активованого вуглецю і сажі у
співвідношенні 75:25. Маса суміші для позитивної (композити) і
неґативної (активований вуглець) електрод становила 100 мг і
200 мг відповідно. Íа основі робочої суміші сформовані електро-
150 О. М. ХЕМІЙ, І. М. БУДЗУЛЯÊ, Л. С. ЯБЛОÍЬ та ін.
ди «ґудзикового» типу (діяметром у 1,8 см).
З метою цілеспрямованої модифікації електрохемічних власти-
востей гібридних систем створені композити піддавалися опромі-
ненню YAG-лазером, що працював в режимі модульованої добро-
тности з частотою слідування імпульсів f20–50 Ãц.
3. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Циклічні вольтамперограми (ЦВА) гібридної системи [Ni(OH)2]–
[С] показано на рис. 1. Піки, які спостерігаються в інтервалах
0,2–0,5 В та 1–1,3 В, відповідають за проходження окиснюваль-
но-відновних реакцій згідно з рівнянням:
2 2
Ni(OH) OH NiOOH H O e .
Як показано в [3], окремі катіони K
також можуть брати
участь в окиснювально-відновних реакціях на поверхні Ni(OH)2.
Це вказує на те, що ємнісні характеристики реґулюються не
тільки ємністю подвійного електричного шару, але й Ôарадейо-
вими реакціями. Êрім того, на кривих ЦВА спостерігається різке
збільшення струму на верхній межі напруги, пов’язане з виді-
ленням водню на поверхні вуглецевої електроди [4].
Заряд/розрядні криві даної системи (рис. 2), зняті при струмах
10, 20 та 50 мА підтверджують її псевдоємнісну поведінку. Зок-
рема, при струмах розряду у 10 і 20 мА на розрядних кривих
спостерігаються плато, які є відповідальними за електрохемічну
адсорбцію–десорбцію або перебіг швидких окислювально-
відновних реакцій [6], підтвердженням чого є хід ЦВА (рис. 1).
При зростанні струму розряду питома ємність такого ÃÊ різко
спадає (табл. 1), що пов’язане, з однієї сторони, з вуглецевим ма-
теріялом, у якому при зростанні струму розряду збільшується
омічний опір у зв’язку з наявністю мікропор [5], що обмежують
доступ до внутрішньої поверхні матеріялу, та, з іншої сторони,
ймовірно, з необоротністю окиснювально-відновних реакцій при
великих струмах розряду.
ЦВА гібридних систем [Ni(OH)2С]–[С] та [Ni(OH)2MoO3C]–
[C], зняті до та після їх лазерного опромінення (рис. 3), мають
майже прямокутну форму, що вказує на те, що основний вклад у
питому ємність вносить ПЕШ. Проте заряд/розрядні криві (рис.
4) не є лінійними, як у випадку електрохемічних конденсаторів,
що вказує і на внесок псевдоємности. Вміст активованого вугле-
цю у композиті збільшує час розряду (рис. 4) і, таким чином,
швидкі оборотні окиснювально-відновні реакції відбуваються
більш повно [4], що приводить до вищої питомої ємности (див.
табл. 1).
ÃІБРИДÍІ ÊОÍДЕÍСАТОРИ ÍА ОСÍОВІ ÊОМПОЗИТІВ 151
З таблиці 1 видно, що найвищими питомою ємністю у 18
мА∙год/г і питомою енергією у 13,3 Вт∙год/кг володіє ÃÊ, в яко-
му одну із електрод сформовано на основі лазером опроміненого
композиту Ni(OH)2MoO3C. Íакопичення заряду в такій систе-
мі може відбуватись завдяки реакції катіонів з електроактивним
матеріялом, з подальшою окислювально-відновною реакцією.
Твердотільна окиснювально-відновна реакція включає електро-
хемічне перенесення заряду в поєднанні з інтеркаляцією катіонів
H+ з електроліту в шарувату структуру МоО3, де вони утриму-
Рис. 1. Циклічні вольтамперогра-
ми ÃÊ [Ni(OH)2]–[С] при швидкості
сканування 1 мВ/с (1) і 5 мВ/с (2).1
Рис. 2. Заряд/розрядні криві ÃÊ
[Ni(OH)2]–[С] при струмах 10, 20 та
50 мА.2
Рис. 3. Циклічні вольтамперогра-
ми для ÃÊ: 1 — [Ni(OH)2C]–[C];
2 — [laser (Ni(OH)2C)]–[C]; 3 —
[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] при
швидкості сканування 1 мВ/с.3
Рис. 4. Заряд/розрядні криві для
ÃÊ: 1 — [Ni(OH)2C]–[C]; 2 —
[laser (Ni(OH)2C)]–[C]; 3 —
[Ni(OH)2MoO3C]–[C]; 4 —
[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C]
при струмі розряду 10 мА.4
152 О. М. ХЕМІЙ, І. М. БУДЗУЛЯÊ, Л. С. ЯБЛОÍЬ та ін.
ються і запобігають фазовому переходу. Інтеркаляція йонів може
збільшити зберігання заряду в гібридних конденсаторах без шко-
ди кінетиці заряд/розряду.
Для гібридних систем [laser (Ni(OH)2C)]–[C] та [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C], які характеризуються найвищими пи-
томими енергетичними характеристиками (табл. 1), оцінено ку-
лонівську ефективність та циклічну стабільність протягом 300
циклів при струмі у 10 мА (рис. 5, 6).
Як видно з рис. 5, кулонівська ефективність для гібридної сис-
теми [laser (Ni(OH)2C)]–[C] досягає 75% на 50 циклі і практич-
но не змінюється до 300 циклу, тоді як для гібридної системи
[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] вона поступово зростає, досягаючи
94% на 100 циклі і практично не змінюється до 300 циклу. Пи-
тома розрядна ємність (рис. 6, крива 2) спадає протягом 300 ци-
ТАБЛИЦЯ 1. Питомі енергетичні характеристики гібридних систем
конденсаторного типу.5
Струм розряду,
I, мА
Склад композиту
Питома ємність
C, мАгод/г
Питома енергія
W, Втгод/кг
Питома потужність
P, Вт/кг
10 20 50 10 20 50 10 20 50
[Ni(OH)2]–[С] 11,2 3,9 2,9 8,2 2,8 2,0 47,9 93,5 218,7
[Ni(OH)2С]–[С] 15,9 14,8 12,4 11,7 10,8 8,7 48,2 94,6 225,1
[laser (Ni(OH)2С)]–[С] 16,7 15,4 13,5 12,3 11,2 9,3 48,2 95,4 229,3
[Ni(OH)2MoO3C]–[C] 12,9 11,6 10,4 9,6 8,5 7,4 48,1 95,3 224,9
[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] 18,0 15,3 13,4 13,3 11,2 9,2 48,5 96,0 232,9
Рис. 5. Залежність кулонівської
ефективности від кількости цик-
лів заряд/розряду ÃÊ: 1 — [laser
(Ni(OH)2C)]–[C]; 2 — [laser
(Ni(OH)2MoO3 C)]–[C] при
струмі розряду 10 мА.6
Рис. 6. Залежність питомої ємнос-
ти від кількости циклів за-
ряд/розряду ÃÊ: 1 — [laser
(Ni(OH)2C)]–[C]; 2 — [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] при
струмі розряду 10 мА.7
ÃІБРИДÍІ ÊОÍДЕÍСАТОРИ ÍА ОСÍОВІ ÊОМПОЗИТІВ 153
клів на 14%, що є перспективним для подальшого практичного
застосування даного композиту.
Íа одержаних Íайквістових діяграмах (рис. 7) в області висо-
ких частот спостерігається невелика ділянка у вигляді півкола,
що вказує на наявність опору перенесення заряду, спричиненого
Ôарадейовими процесами на роздільчій межі електрода–
електроліт, в результаті чого на поверхні композитів формується
проникна для йонів калію твердотільна плівка. В області низь-
ких частот для ÃÊ [laser (Ni(OH)2C)]–[C] та [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] (рис. 7, б) кут нахилу імпедансу змен-
шується у порівнянні з ÃÊ [Ni(OH)2]–[C], що свідчить про те, що
поруч із ємнісним накопиченням заряду мають місце і швидкі
оборотні окиснювально-відновні реакції.
Íа основі Íайквістових діяграм змодельовано еквівалентну
електричну схему (ЕЕС) (рис. 8), параметри якої наведено в табл.
2, звідки видно, що опір перенесення заряду R1 становить 0,69 та
0,61 Ом для ÃÊ [laser (Ni(OH)2C)]–[C] та [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] відповідно.
4. ВИСНОВКИ
1. Встановлено, що найвищими питомою ємністю у 18 мА∙год/г і
питомою енергією у 13,3 Вт∙год/кг володіє ÃÊ, в якому одну із
електрод сформовано на основі лазером опроміненого композиту
Ni(OH)2MoO3C. Íакопичення заряду в такій системі може ві-
дбуватись завдяки реакції катіонів з електроактивним матерія-
лом, з подальшою окислювально-відновною реакцією.
а б
Рис. 7. Íайквістові діяграми для гібридних систем: а — [Ni(OH)2]–[C];
б — [laser (Ni(OH)2C)]–[C] (1) та [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] (2).8
154 О. М. ХЕМІЙ, І. М. БУДЗУЛЯÊ, Л. С. ЯБЛОÍЬ та ін.
2. З’ясовано, що кулонівська ефективність для гібридної системи
[laser (Ni(OH)2C)]–[C] досягає 75% на 50 циклі і практично не
змінюється до 300 циклу, тоді як для гібридної системи [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C] вона поступово зростає, досягаючи 94%
на 100 циклі, і практично не змінюється до 300 циклу. Питома
розрядна ємність спадає протягом 300 циклів на 10%, що є пе-
рспективним для подальшого практичного застосування даного
композиту.
3. Виявлено, що в області низьких частот Íайквістових діяграм
для ÃÊ [laser (Ni(OH)2C)]–[C] та [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C]
кут нахилу імпедансу зменшується у порівнянні з ÃÊ [Ni(OH)2]–
[C], що свідчить про те, що поруч із ємнісним накопиченням за-
ряду мають місце і швидкі оборотні окиснювально-відновні реак-
ції.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Jing Zhang, Ling-Bin Kong, Jian-Jun Cai, Heng Li, Yong-Chun Luo, and
Long Kang, Microporous and Mesoporous Materials, 132: 154 (2010).
2. О. В. Хемій, Л. С. Яблонь, І. М. Будзуляк, О. В. Морушко, І. П. Яремій,
Фізика і хімія твердого тіла, 16, № 2: 355 (2015).
3. Chi-Chang Hu, Kuo-Hsin Chang, and Tung-Yu Hsu, Journal of The
Electrochemical Society, 155: F196 (2008).
4. Ying Tian, Jingwang Yan, Liping Huang, Rong Xue, and Lixing Hao,
Materials Chemistry and Physics, 143: 1164 (2014).
5. С. Л. Рево, М. М. Êузишин, І. М. Будзуляк, Б. І. Рачій, Р. П. Лісовський,
І. А. Êлимишин, Ê. О. Іваненко, Фізика і хімія твердого тіла, 14, № 1:
173 (2013).
6. Shudi Min, Chongjun Zhao, Guorong Chen, and Xiuzhen Qian, Electrochimica
Acta, 115: 155 (2014).
Рис. 8. ЕЕС, використана для апроксимації Íайквістових діяграм, одер-
жаних для ÃÊ [laser (Ni(OH)2C)]–[C] (1) та [laser (Ni(OH)2+MoO3+C)]–[C].9
ТАБЛИЦЯ 2. Параметри ЕЕС для ÃÊ [laser (Ni(OH)2C)]–[C] та [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C].10
Ãібридний конденсатор R0 CPE0P R1 CPE1P CPE2P
[laser (Ni(OH)2+C)]–[C] 0,59 0,49 0,69 0,8 0,79
[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] 0,46 0,2 0,61 0,7 0,84
ÃІБРИДÍІ ÊОÍДЕÍСАТОРИ ÍА ОСÍОВІ ÊОМПОЗИТІВ 155
REFERENCES
1. Jing Zhang, Ling-Bin Kong, Jian-Jun Cai, Heng Li, Yong-Chun Luo, and
Long Kang, Microporous and Mesoporous Materials, 132: 154 (2010).
2. O. V. Khemii, L. S. Yablon, I. M. Budzuliak, O. V. Morushko, and
I. P. Yaremii Fizyka i Khimiia Tverdoho Tila, 16, No. 2: 355 (2015) (in
Ukrainian).
3. Chi-Chang Hu, Kuo-Hsin Chang, and Tung-Yu Hsu, Journal of The
Electrochemical Society, 155: F196 (2008).
4. Ying Tian, Jingwang Yan, Liping Huang, Rong Xue, and Lixing Hao,
Materials Chemistry and Physics, 143: 1164 (2014).
5. S. L. Revo, M. M. Kuzyshyn, I. M. Budzuliak, B. I. Rachii, R. P. Lisovskyi,
I. A. Klymyshyn, and K. O. Ivanenko, Fizyka i Khimiia Tverdoho Tila, 14,
No. 1: 173 (2013) (in Ukrainian).
6. Shudi Min, Chongjun Zhao, Guorong Chen, and Xiuzhen Qian, Electrochimica
Acta, 115: 155 (2014).
Vasyl Stefanyk Precarpathian National University,
57 Shevchenko Str.,
76018 Ivano-Frankivsk, Ukraine
*Ya. S. Pidstryhach Institute for Applied Problems of Mechanics and Mathematics NAS of Ukraine,
3b Naukova Str.,
79060, L'viv, Ukraine
1 Fig. 1. Cyclic voltamperogramms of the [Ni(OH)2]–[С] hybrid capacitor rapidly scanned at 1
mV/s (1) and 5 mV/s (2).
2 Fig. 2. The charge/discharge curves of the [Ni(OH)2]–[С] hybrid capacitor at currents of 10,
20 and 50 mA.
3 Fig. 3. Cyclical voltamperogramms of hybrid capacitors: 1—[Ni(OH)2C]–[C]; 2—[laser
(Ni(OH)2C)]–[C]; 3—[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] at the speed of scanning 1 mV/s.
4 Fig. 4. The charge/discharge curves for hybrid capacitors: 1—[Ni(OH)2C]–[C]; 2—[laser
(Ni(OH)2C)]–[C]; 3—[Ni(OH)2MoO3C]–[C]; 4—[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] at a cur-
rent level of 10 mA.
5 TABLE 1. Specific energy performances of condenser-type hybrid systems.
6 Fig. 5. Dependence Coulomb efficiency of the number of charge/discharge cycles for hybrid
capacitors: 1—[laser (Ni(OH)2C)]–[C]; 2—[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] at a current level
of 10 mA.
7 Fig. 6. Dependence specific capacity of the number of charge/discharge cycles for hybrid
capacitors: 1—[laser (Ni(OH)2C)]–[C]; 2—[laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] at a current level
of 10 mA.
8 Fig. 7. Nyquist diagrams for hybrid systems: a—[Ni(OH)2]–[C]; б—[laser (Ni(OH)2C)]–[C]
(1) and [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C] (2).
9 Fig. 8. EES used to approximate Nyquist diagrams obtained for hybrid capacitors [laser
(Ni(OH)2C)]–[C][C] (1) and [laser (Ni(OH)2MoO3C)]–[C].
10 TABLE 2. Options of EES for hybrid capacitors [laser (Ni(OH)2C)]–[C] (1) and [laser
(Ni(OH)2MoO3C)]–[C].
|