Changes in the nickel hydroxide properties under the influence of thermal field in situ and ex situ during electrochemical synthesis

Autor: Kovalenko, Vadym, Kotok, Valerii
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Східно-Європейський журнал передових технологій; Том 4, № 12 (106) (2020): Матеріалознавство; 31-38
Восточно-Европейский журнал передовых технологий; Том 4, № 12 (106) (2020): Материаловедение; 31-38
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 4, № 12 (106) (2020): Materials Science; 31-38
ISSN: 1729-3774
1729-4061
Popis: Nickel hydroxide is widely used in supercapacitors, alkaline batteries, for the electrocatalytic oxidation of organic contaminants, etc. Due to their electrochemical activity, Ni(OH)2 (α+β) samples of a layer structure synthesized in a slit diaphragm electrolyzer are the most promising. The effect of the thermal field on the structural characteristics of layered (α+β) Ni(OH)2 was studied. The effect was assessed in two ways: 1) internal (in situ) cooling directly in the electrolyzer by cooling the cathode from the rear side; 2) external (ex situ) heating directly after the electrolyzer when passing through a spiral heat exchanger heated to 90 °C. The crystal structure of the samples was studied by X-ray phase analysis. It was shown that the base sample obtained without changing the thermal field was a monophase layered (α+β) structure with a high content of α-modification and a gradient transition from α to β through a number of intermediate structures. The crystallinity of the sample was not high. During the internal cooling of the cathode, the crystallinity decreased and the fraction of the α-modification increased. External heating of the nickel hydroxide suspension immediately after leaving the electrolyzer led to the recrystallization of the samples with the decomposition of the (α+β) layered structure and formation of β-Ni(OH)2 with high crystallinity. It was found that external 6-minute heating did not change the crystal structure. This is explained by the fact that the aging process of nickel hydroxide at an elevated temperature is a crystal-chemical transformation, which is characterized by an induction period, during which the rate of the process is minimal.As a result, the study has shown the possibility of controlling the type of forming crystalline modification of nickel hydroxide and its crystallinity by changing the internal (in situ) or external (ex situ) thermal field
Гидроксид никеля широко используется в суперконденсаторах, щелочных аккумуляторах, для электрокаталитического окисления органических загрязнений и т. д. Наиболее перспективными из-за электрохимической активности являются образцы Ni(OH)2 (α+β) слоевой структуры, синтезированные в щелевом диафрагменном электролизере. Изучено влияние теплового поля на структурные характеристики слоевого (α+β) Ni(OH)2. Оценку влияния проводили двумя путями: 1) внутреннее (in situ) охлаждение непосредственно в электролизере за счет охлаждения катода с тыльной стороны; 2) внешний (ex situ) нагрев непосредственно после электролизера при пропускании через спиральный теплообменник, нагреваемый до 90 °С. Кристаллическая структура образцов изучена методом рентгенофазового анализа. Показано, что базовый образец, полученный без изменения теплового поля, представляет собой монофазную слоистую (α+β) структуру с высоким содержанием α-модификации и градиентным переходом от α до β через ряд промежуточных структур. Кристалличность образца не высокая. При внутреннем охлаждении катода происходит снижение кристалличности и увеличение доли α-модификации. Внешний нагрев суспензии гидроксида никеля сразу после выхода из электролизера приводит к перекристаллизации образцов с распадом (α+β) слоистой структуры и формированием β-Ni(OH)2 с высокой кристалличностью. Выявлено, что при внешнем нагреве длительностью 6 минут не происходит изменения кристаллической структуры. Это поясняется тем, что процесс старения гидроксида никеля при повышенной температуре является кристаллохимическим превращением, для которого характерен индукционный период, в течение которого скорость процесса минимальна.Таким образом, исследованием показана возможность управления типом формирующейся кристаллической модификации гидроксида никеля и его кристалличностью путем изменения внутреннего (in situ) или внешнего (ex situ) теплового поля
Гідроксид нікелю широко використовується в суперконденсаторах, лужних акумуляторах, для електрокаталітичного окиснення органічних забруднювачів. Найбільш перспективними через високу електрохімічну активність є зразки Ni(OH)2 (α+β) шарової структури, синтезовані в щілинному діафрагмовому електролізері (ЩДЕ). Вивчено вплив теплового поля на структурні характеристики шарового (α+β) Ni(OH)2. Оцінку впливу проводили двома шляхами:1) внутрішнє (in situ) охолодження безпосередньо в електролізері за рахунок охолодження катоду з тильної сторони;2) зовнішнє (ex situ) нагрівання безпосередньо після електролізера при пропусканні через спіральний теплообмінник, нагрітий до 90 °С.Кристалічна структура зразків вивчена методом ренгенофазового аналізу. Показано, що базовий зразок, отриманий без зміни теплового поля, являє собою монофазну шарувату (α+β) структуру із високим вмістом α-модифікації та градієнтним переходом від α до β через ряд проміжних структур. Кристалічність зразка не висока. При внутрішньому охолодженні катоду відбувається зниження кристалічності та збільшення долі α-модифікації. Зовнішнє нагрівання суспензії гідроксиду нікелю відразу після виходу із електролізеру призводить до перекристалізації зразків з розпадом (α+β) шаруватої структури і формуванням β-Ni(OH)2 із високою кристалічністю. Виявлено, що при зовнішньому нагрівання протягом 6 хвилин не відбувається зміна кристалічної структури. Це пояснюється тим, що процес старіння гідроксиду нікелю при підвищеній температурі є кристалохімичним перетворенням, для якого характерна наявність індукціонного періоду, протягом якого швидкість процесу мінімальна.Таким чином, дослідження показана можливість управління типом кристалічної модифікації гидроксида никеля, що формується, та його кристалічністю шляхом зміни внутрішнього (in situ) чи зовнішнього (ex situ) теплового поля
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: