Регистрация / Вход
Прислать материал

Получение λ-MnO2 с кристаллической структурой шпинели и его использование в составе псевдоёмкого электрода электрохимического суперконденсатора

Фамилия
Зипунов
Имя
Павел
Отчество
Сергеевич
Номинация
Материаловедение
Институт
Новых материалов и нанотехнологий (ИНМиН)
Кафедра
Физической химии
Академическая группа
МФЗ-16-1-1
Научный руководитель
к. ф.-м.н., Кречетов И.С.
Название тезиса
Получение λ-MnO2 с кристаллической структурой шпинели и его использование в составе псевдоёмкого электрода электрохимического суперконденсатора
Тезис

В настоящее время стремительно возрастает спрос на источники электрической энергии с высокой энергоемкостью и удельной мощностью, особенно для применения в транспортных средствах с гибридными и электрическими силовыми установками. Такими источниками энергии являются электрохимические суперконденсаторы (СК). Накопление заряда в СК происходит по двум механизмам: (1) электростатически, в результате заряжения двойного электрического слоя на границе электрод-электролит и (2) электрохимически, в результате быстрых обратимых электрохимических реакций на поверхности электродов. Электрохимическая ёмкость, возникающая в результате действия второго механизма, получила название псевдоёмкости. Одним из перспективных, ввиду своей сравнительно невысокой стоимости, веществ, способных участвовать в подобных реакциях и обеспечивать возникновение существенной псевдоёмкости, является кристаллическая модификация диоксида марганца со структурой шпинели λ‑MnO2.

В настоящей работе λ‑MnO2 был получен в ходе твердофазной реакции карбоната лития с порошком диоксида марганца, предварительно измельченных в агатовой ступке, при температуре 800 °C, с последующей обработкой раствором 1М H2SO4. Далее, на основе синтезированного λ‑MnO2, добавлением графита, углеродной сажи и фторопласта в массовом отношении 70:15:10:5 соответственно, был получен электродный материал, охарактеризованный методами циклической вольтамперометрии (ЦВА) и гальваностатического заряда-разряда по трех‑ и двухэлектродной схеме. Удельная емкость материала в двухэлектродной ячейке составила 58,6 Ф/г при рабочем напряжении 1,2 В на псевдоёмком электроде и плотности тока 1 мА/см2 в электролите 1М Li2SO4. Энергоёмкость материала составила 42,2 Дж/г (11,7 Вт∙ч/кг), что в 8,5 раз больше чем энергоемкость использованного в качестве второго электрода при сборке асимметричной ячейки углеродного войлока Карбопон-Актив (4,97 Дж/г и 1,38 Вт∙ч/кг) имеющего емкость 62,1 Ф/г при плотности тока 1 мА/см2 и рабочем напряжении на единичном электроде 0,4 В. Однако при испытании на длительное циклирование в количестве 1000 циклов содержащий λ‑MnO2 материал показал падение емкости на 44 %, в то время как Карбопон‑Актив характеризуется падением емкости к тысячному циклу только на 2,5 %.