Решение задач на тему: Суперконденсаторы и псевдоконденсаторы

Введение

Климатические изменения и уменьшение запасов ископаемого топлива требует от общества поиска пополняемых и обновляемых ресурсов. В результате мы наблюдаем увеличение производства солнечной энергии и развитие ветроэнергетики, а также появление электромобилей или гибридных электротранспортных средств с низким выбросом СО2. Во всех этих системах присутствует энергонакопительные системы, которые начинают играть всё более важную роль в нашей жизни. В первую очередь речь идёт об аккумуляторах и электрохимических конденсаторах (ЕС).

Энергонакопительными системами, получившими наибольшее распространение являются литиий-ионные аккумуляторы. Они были введены в употребление фирмой Sony в 1990 году. Это дорогостоящие аккумуляторы, но они лучшие с точки зрения своих рабочих характеристик; плотность энергии в таких батареях может достигать 180 Втч/кг [1-2]. Но главным недостатком литий-ионных аккумуляторов является их малая удельная мощность, для целого ряда применений требуются более быстрые и мощные энергонакопительные системы.

Решением данной проблемы стали электрохимические конденсаторы, иначе называемые суперконденсаторы (СК). Они создают запас энергии либо за счет адсорбции ионов (конденсаторы с двойным электрическим слоем), либо за счет быстрых поверхностных окислительно-восстановительных реакций (псевдоконденсаторы). Главной отличительной способностью СК является их способность быстро отдавать запасенную энергию. Однако необходимо значительно улучшить их рабочие характеристики с тем, чтобы они отвечали более высоким требованиям будущих систем: от портативных электронных устройств до гибридных электротранспортных средств и крупногабаритного промышленного оборудования, а для этого потребуется создать новые материалы и продвинуться в понимании электрохимических процессов на межфазной границе в наномасштабе.

На рисунке 1 показан график мощности относительно плотности энергии, известный также как график Рэйгоуна (Ragoneplot) и действительный для большинства наиболее важных энергонакопительных систем.

Рис. 1 Зависимость удельной мощности от удельной энергии (иначе называемая график Рэйгоуна) для различных электрических энергонакопительных устройств.

Оглавление

- Введение

- Аналитический обзор

- Суперконденсаторы

- Псевдоконденсаторы

- Конденсаторы с двойным электрическим слоем

- Гибридные суперконденсаторы

- Механизм ёмкости двойного электрического слоя

- Материалы с высокой удельной поверхностью

- Цели и задачи работ

- Экспериментальная часть

- Методика проведения работы

- Методика синтеза НПУ

- Методика исследования параметров пористой структуры НПУ

- Методика намазки

- Методика сборки дискового макета

- Электрохимические испытания

- Циклическая вольтамперометрия

- Зарядно-разрядные испытания

- Экспериментальные данны

- Характеристики нанопористого углерода

- Электрохимические характеристики

- Обсуждение результатов

- Безопасность труда

- Анализ опасных и вредных факторов Выводы

- Список литературы

Заключение

1. Произведен адсорбционно-структурный анализ НПУ. Получены высокие значения удельной поверхности у образцов. При одинаковой удельной поверхности образцы имеют различный объём пор и их распределение по размерам.

2. Отработана технология изготовления электродов и сборки макетов суперконденсаторов, позволяющая испытывать электродные материалы.

. Определена удельная емкость активного материала электрода с использованием предложенной методики.

. Оценка электрохимических характеристик образцов показала, что удельная емкость имеет зависимость не только от удельной поверхности, но и от параметров пористой структуры, таких как объём пор и распределение их по размерам.

. Произведены гальваностатические испытания, которые показали стабильность макетов на протяжении 500 циклов.

. Необходимо дальнейшее исследование НПУ в качестве электродов для суперконденсаторов с целью нахождения лучших характеристик пористой структуры.

Список литературы

- Ваttеriеs/ К. Sекаi, Н. Аzumа, А. Оmаrа, S. Fujitа, Н. Imоtо, Т. Еndо, К. Yаmаmurа, Y. Nishi, S. Маshiко, М. Yокоgаmа // J. Роwеr Sоurсеs. - 1993. - V.

- П. Саймон, Ю. Гогоци. Материалы для электрохимических конденсаторов. - 20с.

- Rооm Теmреrаturе Synthеsis оf Nаnоstruсturеd МnО2 аnd Тhеir Еlесtrосhеmiсаl Рrореrtiеs аs Suреrсарасitоr Еlесtrоdе Маtеriаls/ V. Subrаmаniаn, Н. W. Zhu, В. Wеi // Тез. доклада 210th ЕСS Мееting, 29 ноября - 3 декабря, 2006 г. - Канкун, Мексика, 2006. - С.

- Маngаnеsе Оxidе Suреrсарасitоr: Тhе Rоlе оf Саrbоn Nаnоtubеs/ А. Еftекhаri, F. Моlаеi // Тез. доклада 210th ЕСS Мееting, 29 ноября - 3 декабря, 2006 г. - Канкун, Мексика, 2006. - С.