Исследование возможности применения наноразмерных углеродных материалов в электродах твердотельных конденсаторов с двойным электрическим слоем (ионисторов)
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ктродах твердотельных ионисторов.
Поэтому для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
.) на основе планирования и реализации экспериментов определить удельную ёмкость секций твердотельных ионисторов с электродами (анодами) из наноразмерных углеродных электродов (нанотрубок, нановолокон и фуллеренов) с различными свойствами;
.) на основе экспериментальных данных, полученных в задаче 1, проанализировать возможность применения этих наноразмерных углеродных материалов в электродах твердотельных ионисторов.
2. Экспериментальная часть
.1 Конструкция экспериментальных образцов ионисторов
На рисунке 11 изображен сборочный чертеж конденсатора с двойным электрическим слоем (ионистора) с анодом, приготовленного из наноразмерного углеродного материала.
Рис. 11. Сборочный чертеж секции ионистора:
-коллектор (крышка + сетка); 2-таблетка (катод + электролит); 3-кольцо; 4 - таблетка (анод).
2.2 Технология изготовления экспериментальных образцов
Технологический процесс изготовления лабораторных образцов ионисторов включает в себя следующие операции:
контроль качества твёрдого электролита, углеродного порошка и других материалов, используемых в производстве;
изготовление деталей, необходимых для сборки ионисторов: корпусов, коллекторов, колец, и т.д.;
получение анодной массы путем сплавления углеродного материала (порошок) с твердым электролитом (порошок) в вакуумной или инертной среде;
прессование анодов требуемых размеров и формы;
получение катодной массы путем сплавления серебра мелкодисперсного (порошок) с твердым электролитом (порошок);
прессование катодов;
прессование таблетки электролита RbAg4I5;
сборка ионистора путем горячего прессования трёх таблеток при давлении 500…1000 кг/см2;
контроль качества сборки образцов ионисторов путем измерения внутреннего сопротивления;
изучение ёмкостных характеристик образцов.
2.3 Методика проведения экспериментов
В настоящей дипломной работе изучены 3 вида наноразмерных углеродных материалов (одностенные и многостенные нанотрубки, нановолокна и фуллерены), созданных в различных лабораториях РАН. Исследования проводились путём изготовления лабораторных образцов секций стандартного ионистора К58-12 (см. рис. 11.) и измерения величины ёмкости и внутреннего сопротивления по стандартным методикам и на стандартных приборах.
Экспериментальные образцы секций ионисторов были приготовлены по технологии, указанной выше в главе 2.2.
Порошок наноразмерного углеродного материала смешивался с порошком электролита (RbAg4I5) в определенном соотношении путем размола в ступке. Затем перемолотый порошок спекался в вакуумной печи. После спекания анодная масса охлаждалась, выдерживалась в термостате и размалывалась снова в порошок. Производили взвешивание порций и прессование анодных таблеток.
Катодную массу готовили аналогично, спеканием электролита и мелкодисперсного серебряного порошка в определенных соотношениях. Далее готовили таблетки электролита, и их спрессовывали с катодной массой. В итоге производили сборку секции путем горячего прессования.
Готовые секции направляли на испытания, при которых измеряли внутреннее сопротивление и ёмкость образцов в режиме зарядка-разрядка.
Масса наноразмерных углеродных материалов во всех экспериментальных образцах секций была одинаковой и составляла 0,0045 г.
Величину удельной ёмкости различных углеродных материалов вычисляли путём деления измеренной величины ёмкости секции на массу углерода в анодном материале.
Принцип измерения емкости секции ионисторов (С)
Измерения производят на приборе ИЭК-5А зарядкой ионисторов (секций) постоянным током (1 мА) и измерением времени зарядки по секундомеру на заранее заданном участке вольт-зарядной характеристики зарядки.
Участок вольт-зарядной характеристики ограничивается началом процесса измерения Uнач и его концом Uкон. Далее ёмкость рассчитывают по формуле:
С = I*?t/(Uкон - Uнач) (2), где
С - значение емкости, Ф,
I - ток зарядки ионистора (секции), А,
?t - время с момента начала до конца измерения емкости, сек,
Uнач - напряжение начала процесса измерения, В,
Uкон - напряжение конца процесса измерения, В.
Измерение сопротивления секции ионисторов (R)
Измерение проводят методом вольтметра-амперметра на приборе ИВС-2М путем измерения активной составляющей напряжения, выделяющегося на комплексном сопротивлении испытуемого конденсатора при прохождении через него постоянного значения переменного тока.
Значение внутреннего сопротивления в этом случае прямо пропорционально активной составляющей падения напряжения на комплексном сопротивлении испытуемого конденсатора.
.4 Результаты экспериментов
Параметры экспериментальных образцов ионисторов на основе фуллеренов
Таблица 2. Внутреннее сопротивление секций ионисторов К58-12 на основе фуллеренов
Название материалаФуллерены ФТИ РАНФуллерены ПИЯФ ГатчинаRнач, Ом28Rкон, Ом2,58,5
Таблица 3. Дифференциальная емкость ионисторов К58-12 на основе фуллеренов: Ток зарядки-разрядки 0,1 мА. (Ток зарядки-разрядки первого цикла 0,1 мА)
Интервалы напряжений, ВДифференциальная емкость секций, ФФуллерены ФТИ РАНФуллерены ПИЯФ Гатчина0,60-0,61-0,10,61-0,62-0,20,62-0,63-0,40,63