Pseudokapacitor - Pseudocapacitor - Wikipedia

Hlavní článek: Superkondenzátor
Hierarchická klasifikace superkondenzátorů a souvisejících typů
Schéma na dvojité vrstvě na elektrodě (model BMD).
  1. Vnitřní vrstva IHP Helmholtz
  2. OHP vnější vrstva Helmholtz
  3. Difúzní vrstva
  4. Rozpuštěné ionty
  5. Konkrétně adsorpční ionty (pseudokapacitance)
  6. Molekula rozpouštědla

Pseudokapacitory ukládat elektrickou energii faradaically přenosem elektronového náboje mezi elektroda a elektrolyt. Toho je dosaženo prostřednictvím elektrosorpce, redukčně-oxidační reakce (redoxní reakce ), a interkalace procesy, nazývané pseudokapacitance.[1][2][3][4][5]

Pseudokapacitor je součástí elektrochemické kondenzátor a tvoří společně s elektrický dvouvrstvý kondenzátor (EDLC) k vytvoření superkapacitor.

Pseudokapacitance a dvouvrstvá kapacita přidejte k běžné neoddělitelné kapacitní hodnotě superkondenzátoru. Mohou však být účinné s velmi odlišnými částmi celkové hodnoty kapacity v závislosti na konstrukci elektrod. Pseudokapacitance může být vyšší o faktor 100 jako dvouvrstvá kapacita se stejným povrchem elektrody.

Pseudokapacitor má chemickou reakci na elektrodě, na rozdíl od EDLC, kde se akumulace elektrického náboje ukládá elektrostaticky bez interakce mezi elektrodou a ionty. Pseudokapacitance je doprovázena elektron přenos poplatků mezi elektrolyt a elektroda vycházející z a desolvatovaný a adsorbovaný ion. Jedná se o jeden elektron na jednotku nabíjení. Adsorbovaný ion nemá číslo chemická reakce s atomy elektrody (č chemické vazby vzniknout[6]), protože probíhá pouze přenos poplatků. Příkladem je redoxní reakce, kdy iontem je O2+ a během nabíjení jedna elektroda hostí redukční reakci a druhá oxidační reakci. Při výboji jsou reakce obráceny.

Na rozdíl od baterií se faradaické ionty přenosu náboje elektronů jednoduše drží na atomové struktuře elektrody. Díky této faradaické akumulaci energie s pouze rychlými redox reakcemi je nabíjení a vybíjení mnohem rychlejší než u baterií.

Používají se elektrochemické pseudokapacitory oxid kovu nebo vodivý polymer elektrody s vysokým množstvím elektrochemické pseudokapacitance. Množství elektrický náboj uložené v pseudokapacitanci je lineárně úměrné použitému Napětí. Jednotkou pseudokapacitance je farad.

Příklady pseudokapacitorů

Brezesinki a kol. ukázaly, že mezoporézní filmy z α-Bučení3 mají vylepšené ukládání náboje díky tomu, že se lithiové ionty vkládají do mezer α-Bučení3. Tvrdí, že tato interkalační pseudokapacitance probíhá ve stejné časové ose jako redoxní pseudokapacitance a poskytuje lepší kapacitu pro ukládání náboje beze změny kinetiky v mezoporézní MoO3. Tento přístup je slibný pro baterie s rychlým nabíjením, srovnatelné s lithiovými bateriemi,[7] a slibuje účinné energetické materiály.

Jiné skupiny používaly tenké vrstvy oxidu vanadu na uhlíkových nanotrubičkách pro pseudokapacitory. Kim a kol. elektrochemicky uložený amorfní V2Ó5·XH2O na uhlíkovou nanotrubičku. Trojrozměrná struktura substrátu uhlíkových nanotrubiček umožňuje vysokou specifickou lithium-iontovou kapacitu a vykazuje třikrát vyšší kapacitu než oxid vanadu uložený na typickém substrátu Pt.[8] Tyto studie ukazují schopnost uložených oxidů účinně ukládat náboj v pseudokapacitorech.

Vodivé polymery, jako je polypyrol (PPy) a poly (3,4-ethylendioxythiofen) (PEDOT), mají nastavitelnou elektronickou vodivost a mohou dosáhnout vysokých úrovní dopingu se správným protiiontem. Vysoce výkonný vodivý polymerní pseudokapacitor má vysokou cyklickou stabilitu po absolvování cyklů nabíjení / vybíjení. Úspěšné přístupy zahrnují zabudování redoxního polymeru do hostitelské fáze (např. Karbid titanu) pro stabilitu a ukládání uhlíkatého pláště na vodivou polymerní elektrodu. Tyto techniky zlepšují cyklovatelnost a stabilitu zařízení pseudokapacitoru.[9]

Reference

  1. ^ Conway, Brian Evans (1999), Elektrochemické superkondenzátory: Vědecké základy a technologické aplikace (v němčině), Berlín, Německo: Springer, str. 1-8, ISBN  978-0306457364
  2. ^ Conway, Brian Evans, „ELEKTROCHEMICKÉ KAPACITORY jejich povaha, funkce a aplikace“, Encyklopedie elektrochemie, archivovány z originál dne 2012-04-30
  3. ^ Halper, Marin S .; Ellenbogen, James C. (březen 2006). Superkondenzátory: Stručný přehled (PDF) (Technická zpráva). Skupina MITER Nanosystems. Archivovány od originál (PDF) dne 01.02.2014. Citováno 2014-01-20.
  4. ^ Frackowiak, Elzbieta; Beguin, Francois (2001). „Uhlíkové materiály pro elektrochemické skladování energie v kondenzátorech“ (PDF). Uhlík. 39 (6): 937–950. doi:10.1016 / S0008-6223 (00) 00183-4.[trvalý mrtvý odkaz ]
  5. ^ Frackowiak, Elzbieta; Jurewicz, K .; Delpeux, S .; Béguin, Francois (červenec 2001), „Nanotubulární materiály pro superkondenzátory“, Journal of Power Sources, 97–98: 822–825, Bibcode:2001JPS .... 97..822F, doi:10.1016 / S0378-7753 (01) 00736-4
  6. ^ Garthwaite, Josie (12.7.2011). „Jak fungují ultrakapacitory (a proč nedosahují)“. Earth2Tech. Síť GigaOM. Archivovány od originál dne 2012-11-22. Citováno 2013-04-23.
  7. ^ Brezesinski, Torsten; Wang, John; Tolbert, Sarah H .; Dunn, Bruce (01.02.2010). „Objednaný mezoporézní α-MoO3 s izo-orientovanými nanokrystalickými stěnami pro tenkovrstvé pseudokapacitory“. Přírodní materiály. 9 (2): 146–151. doi:10.1038 / nmat2612. ISSN  1476-1122. PMID  20062048.
  8. ^ Kim, Il-Hwan; Kim, Jae-Hong; Cho, Byung-Won; Lee, Young-Ho; Kim, Kwang-Bum (01.06.2006). "Syntéza a elektrochemická charakterizace oxidu vanadu na uhlíkovém nanotrubičkovém filmovém substrátu pro aplikace pseudokapacitoru". Journal of the Electrochemical Society. 153 (6): A989 – A996. doi:10.1149/1.2188307. ISSN  0013-4651.
  9. ^ Bryan, Aimee M .; Santino, Luciano M .; Lu, Yang; Acharya, Shinjita; D’Arcy, Julio M. (2016-09-13). "Vedení polymerů pro pseudokapacitivní skladování energie". Chemie materiálů. 28 (17): 5989–5998. doi:10.1021 / acs.chemmater.6b01762. ISSN  0897-4756.