Механізми накопичення заряду в електрохімічних системах, сформованих на основі нанопористого вуглецю та оксиду мангану

In this work, the processes occurring in electrochemical systems based on nanoporous carbon material and manganese oxide in an aqueous solution of lithium sulfate are analyzed. Furthermore, it is shows the feasibility of these materials combination cycling as electrodes of a hybrid electrochemical capacitor. The combination of electrode materials with different mechanisms of charge accumulation was determined. Consequently, an increase in the accumulated energy by more than 25% by the formation of an electric double layer and the occurrence of redox reactions based on carbon and manganese oxide respectively. The laboratory sample of an aqueous electrolyte hybrid electrochemical capacitor was formed. Moreover, the laboratory sample is electrochemically stable at an operating voltage of 2 V.В даній роботі проаналізовано процеси, що відбуваються в електрохімічних системах на основі нанопористого вуглецевого матеріалу та оксиду мангану у водному розчині сульфату літію, а також показано доцільність сумісного функціонування даних матеріалів, як електродів гібридного електрохімічного конденсатора. Поєднання електродних матеріалів з різними механізмами накопичення заряду: формування подвійного електричного шару на вуглеці та протікання редокс реакцій на манган оксиді призвело до зростання накопиченої енергії більш ніж на 25 %. Сформований макет гібридного електрохімічного конденсатора на основі водного електроліту є електрохімічно стабільним при робочій напрузі 2 В

Синтез та електрохімічні властивості мезопористого α-MnO2 для застосування в суперконденсаторах

В роботі досліджено електрохімічні властивості монофазного α-MnO2, отриманого гідротермальним методом. Встановлено, що отриманий матеріал володіє тунельною структурою із середнім розміром частинок 12-15 нм. Методами циклічної вольтамперометрії та гальваностатичного циклювання визначено питомі ємнісні характеристики синтезованого α-MnO2 у 30 % водному розчині KOH. Встановлено, що зі зростанням швидкості сканування з 2 до 10 мВ/с значення питомої ємності системи αMnO2/електроліт зменшується з 90 Ф/г до 55 Ф/г. Максимальне значення питомої ємності 104 Ф/г отримано при швидкості зміни потенціалу 0,5 мВ/с. Кулонівська ефективність електрохімічної системи є сталою і не залежить від кількості заряд/розрядних циклів. Загальну ємність електрохімічної системи розділено на ємність подвійного електричного шару і дифузійно-контрольовану окислювальновідновлювальну ємність за рахунок фарадеївських оборотних редокс реакцій, яка становить 90 % від загальної ємності. Крім того, встановлено, що електрохімічні параметри системи α-MnO2/KOH є стабільними впродовж тривалого циклювання.Manganese oxideIn this work, the crystal structure of alpha-MnO2 has been obtained by the hydrothermal method. It was determined that the obtained material has a tunnel structure with average particle sizes of 12-15 nm. The electrochemical performances of α-MnO2 in an aqueous solution of 30 % KOH based electrolyte have been investigated by cyclic voltammetry and galvanostatic cycling methods. At the same time, it was determined that the specific capacity of the α-MnO2/electrolyte system decreased from 90 F/g to 55 F/g with an increase of the scan rate from 2 to 10 mV/s. Thus, the maximum values of specific capacitance about 104 F/g were obtained at 0.5 mV/s. The Coulomb efficiency of the electrochemical system is constant and independent of the cycle number under the charge/discharge process. Therefore, the total capacity of the material under investigation can be divided into the capacity of the double electric layer and the diffusioncontrolled redox capacity due to the Faraday reverse redox reactions. It was determined that the contribution of pseudocapacity is 90 % of the total specific capacity. In addition, it has been determined that the α-MnO2/KOH electrochemical system is stable under long-term cycling process