Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Основная статья: Суперконденсатор
Иерархическая классификация суперконденсаторов и родственных им типов
Схема двойного слоя на электроде (модель BMD).
  1. Внутренний слой Гельмгольца МГП
  2. OHP Внешний слой Гельмгольца
  3. Диффузный слой
  4. Сольватированные ионы
  5. Конкретно адсорбционные ионы (Псевдоемкость)
  6. Молекула растворителя

Псевдоконденсаторы накапливают электрическую энергию до фарада за счет переноса электронного заряда между электродом и электролитом . Это достигается посредством электросорбции , реакций восстановления-окисления ( окислительно-восстановительных реакций ) и процессов интеркаляции , называемых псевдоемкостью . [1] [2] [3] [4] [5]

Псевдоконденсатор является частью электрохимического конденсатора и вместе с двухслойным электрическим конденсатором (EDLC) образует суперконденсатор .

Псевдоемкость и емкость двойного слоя составляют общее неотделимое значение емкости суперконденсатора. Однако они могут быть эффективны с очень разными частями общей емкости в зависимости от конструкции электродов. Псевдоемкость может быть в 100 раз выше, чем емкость двойного слоя с той же поверхностью электрода.

Псевдоконденсатор имеет химическую реакцию на электроде, в отличие от EDLC, где накопление электрического заряда хранится электростатически без взаимодействия между электродом и ионами. Псевдоемкость сопровождается переносом электронного заряда между электролитом и электродом, исходящим от десольватированного и адсорбированного иона . Используется один электрон на единицу заряда. Адсорбированный ион не вступает в химическую реакцию с атомами электрода ( химические связи не возникают [6] ), поскольку имеет место только перенос заряда. Примером может служить окислительно-восстановительная реакция, в которой ионом является O 2+.и во время зарядки на одном электроде происходит реакция восстановления, а на другом - реакция окисления. При разряде реакции меняются местами.

В отличие от батарей, в фарадеевских электронах с переносом заряда ионы просто цепляются за атомную структуру электрода. Этот фарадеевский накопитель энергии с быстрыми окислительно-восстановительными реакциями делает зарядку и разрядку намного быстрее, чем батареи.

В электрохимических псевдоконденсаторах используются электроды из оксида металла или проводящего полимера с высокой электрохимической псевдоемкостью. Количество электрического заряда, накопленного в псевдоемкости, линейно пропорционально приложенному напряжению . Единицей измерения псевдоемкости является фарад .

Примеры псевдоконденсаторов [ править ]

Brezesinki et al. показали, что мезопористые пленки α- MoO 3 обладают улучшенным накоплением заряда за счет того, что ионы лития вставляют в промежутки α -MoO 3 . Они утверждают, что эта интеркаляционная псевдоемкость имеет место в той же шкале времени, что и окислительно-восстановительная псевдоемкость, и дает лучшую емкость хранения заряда без изменения кинетики в мезопористом MoO 3 . Этот подход перспективен для аккумуляторов с возможностью быстрой зарядки, сравнимой с литиевыми аккумуляторами [7], и перспективен для эффективных энергетических материалов.

Другие группы использовали тонкие пленки оксида ванадия на углеродных нанотрубках в качестве псевдоконденсаторов. Kim et al. электрохимически осажденный аморфный V 2 O 5 · x H 2 O на пленку углеродных нанотрубок. Трехмерная структура подложки из углеродных нанотрубок обеспечивает высокую удельную литий-ионную емкость и показывает в три раза большую емкость, чем оксид ванадия, нанесенный на типичную подложку Pt. [8] Эти исследования демонстрируют способность осажденных оксидов эффективно накапливать заряд в псевдоконденсаторах.

Проводящие полимеры, такие как полипиррол (PPy) и поли (3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT), обладают регулируемой электронной проводимостью и могут достигать высоких уровней легирования подходящим противоионом. Псевдоконденсатор из высокопроизводительного проводящего полимера имеет высокую устойчивость к циклическим нагрузкам после циклов заряда / разряда. Успешные подходы включают внедрение окислительно-восстановительного полимера в основную фазу (например, карбид титана) для стабильности и нанесение углеродистой оболочки на проводящий полимерный электрод. Эти методы улучшают циклируемость и стабильность устройства псевдоконденсатора. [9]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Конвей, Брайан Эванс (1999), Электрохимические суперконденсаторы: научные основы и технологические приложения (на немецком языке), Берлин, Германия: Springer , стр. 1-8, ISBN 978-0306457364
  2. ^ Конвей, Брайан Эванс , «ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ, их природа, функции и применение» , энциклопедия электрохимии , заархивировано из оригинала 30 апреля 2012 г.
  3. ^ Halper, Marin S .; Элленбоген, Джеймс С. (март 2006 г.). Суперконденсаторы: Краткий обзор (PDF) (Технический отчет). Группа наносистем МИТЕР. Архивировано из оригинального (PDF) 01.02.2014 . Проверено 20 января 2014 .
  4. ^ Frackowiak, Эльжбета; Беген, Франсуа (2001). «Углеродные материалы для электрохимического хранения энергии в конденсаторах» (PDF) . Углерод . 39 (6): 937–950. DOI : 10.1016 / S0008-6223 (00) 00183-4 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  5. ^ Frackowiak, Эльжбета; Jurewicz, K .; Delpeux, S .; Беген, Франсуа (июль 2001 г.), «Нанотрубчатые материалы для суперконденсаторов», Journal of Power Sources , 97–98: 822–825, Bibcode : 2001JPS .... 97..822F , doi : 10.1016 / S0378-7753 (01) 00736-4
  6. ^ Garthwaite, Джози (2011-07-12). «Как работают ультраконденсаторы (и почему они не работают)» . Earth2Tech . Сеть GigaOM. Архивировано из оригинала на 2012-11-22 . Проверено 23 апреля 2013 .
  7. ^ Brezesinski, Torsten; Ван, Джон; Толберт, Сара Х .; Данн, Брюс (01.02.2010). «Заказанный мезопористый α-MoO3 с изоориентированными нанокристаллическими стенками для тонкопленочных псевдоконденсаторов». Материалы природы . 9 (2): 146–151. DOI : 10.1038 / nmat2612 . ISSN 1476-1122 . PMID 20062048 .  
  8. ^ Ким, Иль-Хван; Ким, Джэ-Хонг; Чо, Бюнг-Вон; Ли, Ён-Хо; Ким, Кван-Бом (01.06.2006). «Синтез и электрохимические характеристики оксида ванадия на пленочной подложке из углеродных нанотрубок для применения в псевдоконденсаторах». Журнал Электрохимического общества . 153 (6): A989 – A996. DOI : 10.1149 / 1.2188307 . ISSN 0013-4651 . 
  9. ^ Брайан, Эйми М .; Сантино, Лучано М .; Лу, Ян; Ачарья, Синджита; Д'Арси, Хулио М. (13 сентября 2016 г.). «Проводящие полимеры для псевдемкостного накопителя энергии». Химия материалов . 28 (17): 5989–5998. DOI : 10.1021 / acs.chemmater.6b01762 . ISSN 0897-4756 .