апрель 2019

Сравнительное изучение различных типов пеноникеля как токоотвода и основы для суперконденсатора


Спиров Илья Васильевич Спиров И. В. , Сыкчин А. С. , Коваленко Вадим Леонидович Коваленко В. Л. , Коток Валерий Анатолиевич Коток В. А.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Спиров И. В., Сыкчин А. С., Коваленко В. Л., Коток В. А. Сравнительное изучение различных типов пеноникеля как токоотвода и основы для суперконденсатора / Химия и современные технологии : Метериалы ІХ Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и современные технологии», 2019. – C. 107-108


Гибридные суперконденсаторы, в частности с окисноникелевым электродом, являются современными химическими источниками тока и широко используются как основной или резервный источник энергии в различных устройствах. В частности «зелёных» электромобилей или автомобилей с гибридным двигателем, источником энергии в которых служат такие суперконденсаторы. Поэтому увеличение характеристик гибридных суперконденсаторов является актуальной задачей. При изготовлении «+» электродов в качестве основы для активной массы и токоотвода используется пеноникель.

Главная цель данной работы – провести сравнительное изучение электрохимической активности пеноникелевой основы различного производства для оценки возможности применения в качестве токоотвода и матрицы намазных электродов суперконденсаторов. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: 1) изучить электрохимические свойства образцов пеноникеля, полученных химическим и электро-химическим путем; 2) для оценки влияния состава металла нанести покрытия электрохимическогоникеля и химического никеля (при использовании в качестве восстановителя гипофосфита натрия) и провести сравнительное изучение электрохимических характеристик полученных образцов.

В исследовании были использованы 2 типа пеноникеля: 1) образец производства России (метод получения – электрохимический); 2) образец производства Китая (предполагаемый метод получения – нанесение химникеля). Для получения образцов никеля различного состава были на стальную основу были нанесены следующие покрытия:

1) электрохимический никель. Покрытие наносили из электролита матового никелярования при плотности тока 1 А/дм2;

2) химический никель. Покрытие наноситлось при использовании в качестве восстановителя гипофосфита никеля. В этом случае формировалось покрытие сплавом никель-фосфор.

Методы изучения образцов. Изучение электрохимических свойств:

1) Циклическая вольтамперометрия.

2) Гальваностатическое зарядно-разрядное циклирование. В обоих случаях пеноникель использовался как рабочий электрод. Электролит − 6М раствор КОН, электрод сравнения − хлорсеребряный, противо-электрод – Ni сетка.

В циклической вольамперометрии электрод циклировали в интервале потенциалов 0-500 мВ. В случае гальваностатического заряда-разряда плотности тока циклирования: 20, 40, 60, 80, 120 мА/см2. При каждой плотности тока проводили 5 циклов.

Результаты. Изначально было высказано предположение о составе металла в образцах пеноникеля.

Образец российского производства был получен на заводе «Новомет-Пермь» по следующей технологии:

1) на поверхность графитизированного войлока наноситься тонкий слой химникеля.

2) на поверхности химического никеля гальванически наращивался более толстый слой электрохимического никеля.

3) в печи поролон полностью выжигался. После этого формировался пеноникель в виде открытоячеистой структуры с пористыми никелевыми проволочками.

Образцы российского пеноникеля имели большую толщину и жесткость из-за более толстого слоя никеля.

Образец пеноникеля китайского производства являлся коммерческим и представлял собой тонкие листы с высокой нибкостью Было высказано предположение, что пегоникель китайского производства получен методом нанесения химникеля и представляют собой сплав никель-фосфор или никель-бор (в зависимости от примененного восстановителя).

Изучение электрохимических характеристик показало, что образцы китайского производства являются гораздо менее активными – удельная емкость (на еденицу поверхности) образцов китайского производства были в 4-8 раз меньше, чем для образцов российского производства.

Было проведено сравнительное изучение электрохимической активности чистого никеля (электрохимический никель) и сплава никель-фосфор (химникель). Методом циклической вольтамперометрии было выявлено, что электрохимический никель имеет на циклической кривой как анодный, так и катодный пик. В тоже время для химиникеля было обнаружено, что на циклической кривой наблюдается четко выраженный анодный пик, при этом катодный пик отсутствовал. Вероятнее всего это указывает на окислении фософора как компонента сплава. Таким образом было выскано обоснованное предположение о более высокой коррозионной стойкости, и соответственно более высокой пассивности, сплава никель-фосфор по отношению в чистому никелю.