Page 43 - Zmist-n2-2015

Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 2. – Physicochemical Mechanics of Materials

УДК 541.136.2
НОВІ КАРБОНОВІ АРХІТЕКТУРИ З НАНООБМЕЖЕНОЮ
ГЕОМЕТРІЄЮ ПУСТОТ ДЛЯ ВИСОКОЕФЕКТИВНОГО
ЄМНІСНОГО І ПСЕВДОЄМНІСНОГО НАКОПИЧЕННЯ ЕНЕРГІЇ

І. І. ГРИГОРЧАК, А. К. БОРИСЮК, Р. Я. ШВЕЦЬ, А. І. КОНДИР,
Ф. О. ІВАЩИШИН, О. В. БАЛАБАН, А. С. КУРЕПА
Національний університет “Львівська політехніка”
Розглянуто зв’язок між пористою структурою, електронними властивостями нано-
пористого вуглецю та ємністю межі розділу його з електролітом. Побудовано та оха-
рактеризовано еквівалентні електричні схеми для енергонакопичувальних процесів.
Ключові слова: пориста структура, нанопористе вугілля, псевдоємність, інтерка-
ляція, супрамолекулярні ансамблі, діаграма Найквіста.
Молекулярні накопичувачі енергії займають проміжну ланку між електрохі-
мічними акумуляторами та “електростатичними” конденсаторами. За питомими
значеннями потужності та ємності вони кращі за перші та другі на декілька по-
рядків і поєднують їх за принципом роботи. Накопичувати і зберігати енергію
вони можуть не тільки електростатично, але і через оборотні фарадеєвські проце-
си: адсорбцію іонів чи окисно-відновні реакції, які породжують псевдоємність
[1]. Більше того, саме фарадеєвською псевдоємністю найімовірніше зумовлена
невідповідність експериментально визначеної питомої ємності [2] теоретично
можливій (~140…150 F/g) для подвійного електричного шару (ПЕШ). З іншого
боку, питомі значення псевдоємності перевищують більш як на порядок відпо-
відні електростатичні ємності конденсаторів з ПЕШ. Це дає можливість досягати
великої питомої енергії. Сьогодні докладають значних зусиль, щоб замінити ду-
же рідкісні і дорогі оксиди рутенію та іридію, які, донедавна, забезпечували пи-
томі ємності до 900 F/g [3]. Раніше встановлений [4] зворотний заряд активовано-
го вугілля до 2000 F/g. Однак тут може проявлятися лімітувальний вплив ємності
збідненої області просторового заряду (ОПЗ) у карбоні за додатної поляризації в
лужному електроліті.
Мета роботи – пошук нових видів дешевих і екологічно безпечних вуглеце-
вих матеріалів та методів їх модифікації для підвищення питомих ємнісних ха-
рактеристик, що дасть змогу їх використовувати для електромобілебудування та
альтернативної “зеленої” енергетики.
Концептуальні положення і методика експерименту. Досягнення постав-
леної мети ґрунтується на забезпеченні деблокування гельмгольцевої ємності зі
сторони лімітувального впливу ємності збідненої ОПЗ карбону, якому сприяє
ріст густини станів делокалізованих носіїв заряду на рівні Фермі D(E F) [5], а та-
кож на ефективних способах керування енергетичною топологією електронних
станів для підвищення питомої псевдоємності.
Як вихідну сировину вибрали волокна льону, які містять структурні канали
для сорбції легувальних додатків та b-циклодекстрин (b-ЦД) з внутрішніми мо-
лекулярними пустотами. Під час формування “лляного” вугілля карбонізацію і ак-

Контактна особа: Р. Я. ШВЕЦЬ, e-mail: shvets_roman@ukr.net

42