Исследование возможности применения наноразмерных углеродных материалов в электродах твердотельных конденсаторов с двойным электрическим слоем (ионисторов)
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
-0,64-0,50,64-0,65-0,90,65-0,66-1,20,66-0,67-1,30,67-0,68-1,80,68-0,690,14,70,69-0,6911120,691-0,6921170,692-0,6931180,693-0,6941190,694-0,6951210,695-0,6961250,696-0,6971270,697-0,6982350,698-0,6992-0,699-0,704-
Рис. 12. Зависимость удельной емкости различных фуллеренов от напряжения зарядки экспериментальных секций ионисторов (режим зарядки)
В таблицах представлены экспериментальные данные, полученные после проведения испытаний зарядки-разрядки образцов секций ионисторов на основе фуллеренов (ПИЯФ Гатчина и ФТИ РАН). А именно:
внутреннее сопротивление секций в разряженном состоянии до начала опыта и после его проведения (таблица 2);
зависимость емкости секции от зарядного напряжения (таблица 3).
На графиках изображена зависимость удельной емкости от зарядного напряжения секций ионистора.
Удельная ёмкость электродных материалов на основе фуллеренов относительно низкая. Электрическая проводимость фуллеренов низкая и вследствие этого их внутреннее сопротивление относительно высокое (более 10 Ом), поэтому в дальнейших исследованиях планируется изучение легированных фуллеренов (фуллеритов), обладающих большей металлической проводимостью и соответственно меньшим внутренним сопротивлением.
Фуллерены имеют удельную поверхность порядка 100-200 м2/г и относительно низкую удельную ёмкость на участке зарядки двойного электрического слоя (от 0,2 до 0,55 В), следовательно емкость зависит от величины поверхности (см. рис. 12). На участке от 0,55 до 0,7 В наблюдается рост ёмкости, здесь уже не наблюдается зависимости емкости от величины удельной поверхности, потому что емкость зависит от протекания фарадеевских процессов (адсорбция и десорбция йода).
Образцы фуллеренов ФТИ РАН имеют намного меньшую удельную поверхность, чем у образцов ПИЯФ, следовательно, реакция окисления йода на них протекает с меньшей скоростью, поэтому у них наблюдаются столь малые значения емкостей (см. рис. 12).
Параметры экспериментальных образцов ионисторов на основе углеродных нанотрубок
Таблица 4. Внутреннее сопротивление секций ионисторов К58-12 на основе углеродных нанотрубок
Название материалаМСУНТ ИОФ РАНОСУНТ ИФТТ РАНRнач, Ом0,80,5Rкон, Ом10,6
Образцы секций ионисторов на основе нанотрубок (многостенных - MСУНТ ИОФ РАН и одностенных - ОСУНТ ИФТТ РАН) показали более высокие значения емкости (см. таблицу 5 и рис. 13), чем образцы секций ионисторов на основе фуллеренов. Одностенные углеродные нанотрубки ОСУНТ ИФТТ РАН имеют более низкие значения внутренних сопротивлений (см. таблицу 4), чем у многостенных углеродных нанотрубок МСУНТ ИОФ РАН, поэтому их дальнейшие исследования более перспективны.
Нанотрубки имеют высокую удельную поверхность (300-500 г./м2) и поэтому приготовленные на их основе секции имеют более высокие емкости (см. рис. 13).
Таблица 5. Дифференциальная емкость ионисторов К58-12 на основе углеродных нанотрубок: Ток зарядки-разрядки 1 мА. (Ток зарядки-разрядки первого цикла 5 мА)
Интервалы напряжений, ВДифференциальная емкость секций, ФМСУНТ ИОФ РАНОСУНТ ИФТТ РАН(0,2-0,3)0,050,14(0,3-0,4)0,060,17(0,4-0,5)0,060,32(0,5-0,55)0,140,98(0,55-0,6)0,402,80(0,6-0,61)1,005,70(0,61-0,62)1,88,1(0,62-0,63)3,5011,90(0,63-0,64)7,2018,90(0,64-0,65)14,3027,90(0,65-0,66)17,0034,90(0,66-0,67)17,7035,00(0,67-0,68)20,2039,10(0,68-0,69)49,90-(0,69-0,70)--
Рис. 13. Зависимость удельной емкости различных углеродных нанотрубок (односьенных и многостенных) от напряжения зарядки экспериментальных секций ионисторов (режим зарядки)
Параметры экспериментальных образцов ионисторов на основе углеродных нановолокон
Таблица 6. Внутреннее сопротивление секций ионисторов К58-12 на основе углеродных нановолокон
Название материалаНановолокна ИК СО РАНRнач, Ом2,7Rкон, Ом6,7
Из графика, представленного на рис. 13. и таблицы 6 видно, что образцы секций ионисторов на основе нановолокон имеют высокие удельные ёмкости. Но наряду с этим у них имеется существенный недостаток - их внутреннее сопротивление относительно высокое (см таблицу 6), поэтому их дальнейшее совершенствование должно быть направлено на легирование с целью увеличения электронной проводимости, что позволило бы создать материал с рекордно высокой удельной энергией.
Таблица 7. Дифференциальная емкость ионисторов К58-12 на основе углеродных нановолокон: Ток зарядки-разрядки 1 мА. (Ток зарядки-разрядки первого цикла 5 мА)
Интервалы напряжений, ВДифференциальная емкость секций, ФНановолокна ИК СО РАН(0,2-0,3)0,34(0,3-0,4)0,52(0,4-0,5)0,64(0,5-0,55)1,02(0,55-0,6)3,84(0,6-0,61)9,60,61-0,6214,30,62-0,6323,20,63-0,64410,64-0,6573,40,65-0,661090,66-0,671240,67-0,681320,68-0,69172,80,69-0,6912280,691-0,6922900,692-0,693-0,693-0,694-0,694-0,695-0,695-0,696-0,696-0,697-0,697-0,698-0,698-0,699-0,699-0,70-
Рис. 13. Зависимость удельной емкости различных углеродных нановолокон от напряжения зарядки экспериментальных секций ионисторов (режим зарядки-разрядки)
Сравнительная характеристика экспериментальных образцов
Таблица 8. Сравнительная характеристика внутренних сопротивлений секций ионисторов К58-12 на основе фуллеренов, нанотрубок, нановолокон и активированного нанопористого углеродного порошка (стандартный образец)
Название материалаФуллерены ФТИ РАНФуллерены ПИЯФ ГатчинаМСУНТ ИОФ РАНОСУНТ ИФТТ РАННановолокна ИК СО РАНСтандартный образецRнач, Ом280,80,52,70,9Rкон, Ом2,58,510,66,71,0
Таблица 9. Сравнительная характеристика дифференциальных емкостей секций ионисторов К58-12 на основе фуллеренов, нанотрубок, нановолокон и активированного нанопористого углеродного порошка (стандартный образец)
Интервалы напряжений, ВДифференциальная емкость секций, ФФуллерены ФТИ РАНФуллерены ПИЯФ ГатчинаМСУНТ ИОФ РАНОСУНТ ИФТТ РАННановолокна ИК СО РАНСтандартный