апрель 2019

Получение NiCo2O4 методом двухступенчатого высокотемпературного синтеза как активного вещества суперконденсаторов


Суслопарова A. С. , Сыкчин A. С. , Коваленко Вадим Леонидович Коваленко В. Л. , Коток Валерий Анатолиевич Коток В. А. , Бурков A. A. , Ананченко Б. A. , Deabate S. , Mehdi A. , Bantignies J.-L. , Henn F. , Баскевич A. С.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Суслопарова A. С., Сыкчин A. С., Коваленко В. Л., Коток В. А., Бурков A. A., Ананченко Б. A., Deabate S., Mehdi A., Bantignies J.-L., Henn F., Баскевич A. С. Получение NiCo2O4 методом двухступенчатого высокотемпературного синтеза как активного вещества суперконденсаторов / Химия и современные технологии : Метериалы ІХ Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и современные технологии», 2019. – C. 98-99


Гидроксид никеля широко используется как активное вещество в химических источниках тока (аккумуляторах и суперконденсаторах). При этом он может использоваться как исходное вещество Ni(OH)2 (щелочные аккумуляторы и суперконденсаторы), так и оксид никеля (для литиевых ХИТ и суперконденсаторов). Широко известно, что введение добавки кобальта увеличивает удельную емкость гидроксида никеля как активного вещества щелочных аккумуляторов. Кроме того, смешанные никель-кобальтовые оксиды используются как высокоэффективные катодные активные вещества литиевых ХИТ и фарадеевских электродов суперконденсаторов. Характеристики ХИТ в значительной степени зависят от свойств активного материала, а они в свою очередь зависят от метода и условий синтеза.

Одним из методов получения гидроксида никеля для использования в суперконденсаторах, при котором образуются «псевдопростые» кристаллы гидроксида никеля с фрактальной геометрией, является двухступенчатый высокотемпературный синтез. На первой ступени концентрированный раствор перхлората никеля по каплям добавляется высококонцентри-рованный раствор щелочи, потом выдерживается при постоянном перемешивании и температуре 140ºС в течении суток. При этом образуется осадок никелата натрия Na2NiO2. На второй ступени отбирается часть маточного раствора, и добавляется вода и проводится гидролиз при постоянном перемешивании и температуре 170ºС в течении суток для перехода никелата натрия в гидроксид никеля (горячий гидролиз). Отобранный маточный раствор переносился в большой объем дистиллированной воды, в котором проходил гидролиз в течении суток (холодный гидролиз). Этот синтез может быть модифицирован для получения никель-кобальтовых соединений. Для этого в исходный раствор вводили перхлорат кобальта. В литературе описано, что гидроксид кобальта (ІІ) достаточно легко окисляется до оксигидроксида кобальта (ІІІ). Поэтому исходный раствор перхлоратов кобальта и никеля в соотношении Co:Ni=2:1. При этом было высказано предположение, что возможно будет синтезирован кобальтат никеля NiCo2O4.

Исходный раствор для синтеза был получен, исходя из сульфатов кобальта и никеля по схеме:

Осаждение основного карбоната (с 30% избытком к стехиометрии) → фильтрование и отмывки от сульфатов →реакция основного карбоната с концентрированным раствором хлорной кислоты (взятым по стехио-метрии) → фильтрование → упаривание до необходимой концентрации (контроль по массе).

Используя приготовленный исходный раствор, был проведен синтез. Образовавшийся продукт (как холодного, так и горячего синтеза) очень мелкодисперсный, чёрного цвета. Полученные вещества изучили методами ДТГ, ДСК, СЭМ, циклической вольтамперометрией и гальваностатическим зарядно-разрядным циклированием.

Данные циклической вольтамперометрии и гальностатического зарядно-разрядного циклирования показали высокую электрохимическую активность полученного кобальтат никеля. Образец горячего гидролиза показал удельную емкость 150-183 Ф/г, при этом с повышением плотности тока циклирования емкость не только не снижаются, а даже возрастает

Рисунок 1 − Удельная емкость образца NiCo2O4 (горячего гидролиза) при разряде до 0 В, Ф/г