Вплив карбонат-іона на характеристики електрохімічно синтезованого шарового (α+β) гідроксиду нікелю

Autor: Kovalenko, Vadym, Kotok, Valerii
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Східно-Європейський журнал передових технологій; Том 1, № 6 (97) (2019): Технології органічних та неорганічних речовин; 40-46
Восточно-Европейский журнал передовых технологий; Том 1, № 6 (97) (2019): Технологии органических и неорганических веществ; 40-46
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 1, № 6 (97) (2019): Technology organic and inorganic substances; 40-46
ISSN: 1729-3774
1729-4061
Popis: Nickel hydroxide is widely used as the active material of supercapacitors. The most active are samples of Ni(OH)2 with (α+β) layered structure, synthesized in the slit diaphragm electrolyzer. Influence of carbonate anion on the structure and electrochemical properties of nickel hydroxide samples has been studied by means of sample synthesis in the slit-diaphragm electrolyzer with the use of the diaphragm and cation-exchange membrane as chamber separator. The experiment revealed that when the diaphragm is used, there is a filtration flow from the anodic chamber (alkali with carbonate) into the cathodic chamber. Thus, the samples synthesized with the diaphragm are formed in the presence of carbonates, while the samples synthesized with the cation-exchange membrane – in the absence of carbonates. Crystal structure of the samples was studied by means of X-ray diffraction analysis, electrochemical characteristics – by means of cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge cycling in the accumulator regime. Comparative analysis of the samples synthesized in the presence or absence of carbonates has been conducted. By means of X-ray diffraction and cyclic voltammetry, the key role of carbonate ions in the formation of monophase layered (α+β) structure has been revealed. The absence of carbonate resulted in lower crystallinity, α-phase content, the formation of the bi-phase system, composed of the mixture of β-form and (α+β)-structure, at high current densities (12 and 15.7 A/dm2). The study of electrochemical characteristics revealed a decrease in specific capacity by 14.7–31.4 % for hydroxide samples formed in the absence of carbonate ions. The highest specific capacity was obtained for the samples synthesized in the SDE at i=10 A/dm2 with the diaphragm (in the presence of carbonates) and with the membrane (in the absence of carbonates), and are 216.8 and 185 mA·h/g respectively. To increase specific capacity, it is recommended to conduct synthesis in the SDE with the use of the diaphragm and introduce an additional quantity of sodium carbonate into the anolyte
Гидроксид никеля широко используется как активное вещество суперконденсаторов. Наиболее активными являются образцы Ni(OH)2 (α+β) слоевой структуры, синтезированные в щелевом диафрагменном электролизере. Изучено влияние карбонат-аниона на структуру электрохимические свойства гидроксида никеля, путем синтеза образцов в щелевом диафрагменном электролизере с использованием для разделения электродных пространств диафрагмы и катионообменной мембраны. Экспериментально показано, что при использовании диафрагмы в щелевом диафрагменном электролизере формируется фильтрационный поток из анодного пространства (содержащего щелочь с примесью карбоната) в катодное. Таким образом, образцы, синтезированные с диафрагмой, образуются в присутствии карбонатов, а образцы, синтезированные с катионообменной мембраной – в отсутствии карбонатов. Кристаллическая структура образцов изучена методом рентгенофазового анализа, электрохимические характеристики – методами циклической вольтамперометрии и гальваностатического зарядно-разрядного циклирования в аккумуляторном режиме. Проведен сравнительный анализ характеристик образцов, синтезированных в присутствии и отсутствии карбоната. Методом рентгенофазового анализа и циклической вольтамперометрии доказана ключевая роль карбонат-анион в формировании монофазной слоистой (α+β) модификации. В отсутствии карбоната снижается кристалличность образцов, уменьшается содержание α-модификации, при высоких плотностях тока (12 и 15,7 А/дм2) формируется бифазная система, представляющая собой смесь β-модификации и (α+β)-структуры. Изучение электрохимических характеристик показало снижение удельной емкости на 14,7–31,4 % для образцов гидроксида никеля, сформированных в отсутствии карбонатов. Максимально полученная удельная емкость образцов, синтезированных в щелевом диафрагменном электролизере при плотности тока 10 А/дм2 с диафрагмой (в присутствии карбонатов) и с мембраной (в отсутствии карбонатов) составили 216,8 и 185 мА·час/г соответственно. Для увеличения удельной емкости рекомендовано проводить синтез в щелевом диафрагменном электролизере при использовании диафрагмы, а так же вводить дополнительное количество карбоната натрия в анолит
Гідроксид нікелю широко використовується як активна речовина суперконденсаторів. Найбільш активними є зразки Ni(OH)2 (α+β) шарової структури, синтезовані в щілинному діафрагмовому електролізері (ЩДЕ). Вивчено вплив карбонат-аніона на структуру та електрохімічні властивості гідроксиду нікелю, шляхом синтезу зразків в щілинному діафрагмовому електролізері з використанням для розділення електродних просторів діафрагми та катіонообмінної мембрани. Експериментально показано, що при використанні діафрагми в щілинному діафрагмовому електролізері формується фільтраційний потік із анодного простору (який містить луг з домішкою карбонату) в катодний. Таким чином, зразки, синтезовані з діафрагмою, утворюються в присутності карбонатів, а зразки, синтезовані з катіонообмінною мембраною – у відсутності карбонатів. Кристалічна структура зразків вивчена методом рентгенофазового аналізу, електрохімічні характеристики – методами циклічної вольтамперометрії та гальваностатичного зарядно-розрядного циклування в акумуляторному режимі. Проведено порівняльний аналіз характеристик зразків, синтезованих в присутності та у відсутності карбонату. Методом ренгенофазового аналізу та циклічної вольтамперометрії доведена ключова роль карбонат-аніону у формуванні монофазної шарової (α+β) модифікації. У відсутності карбонату знижується кристалічність зразків, зменшується вміст α-модифікації, при високих густинах струму (12 и 15,7 А/дм2) формується біфазна система, що являє собою суміш β-модифікації та (α+β)-структури. Вивчення електрохімічних характеристик показало зниження питомої ємності на 14,7–31,4 % для зразків гідроксиду нікелю, сформованого у відсутності карбонатів. Максимальна отримана питома ємність зразків, синтезованих в щілинному діафрагмовому електролізері при густині струму 10 А/дм2 з діафрагмою (в присутності карбонатів) та з мембраною (у відсутності карбонатів) склали 216,8 и 185 мА·год/г відповідно. Для збільшення питомої ємності рекомендовано проводити синтез в щілинному діафрагмовому електролізері при використанні діафрагми, а також вводити додаткову кількість карбонату натрію в аноліт
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: