hrvatski

STRATEGIJE SMANJENJA UNUTARNJEG OTPORA SIMETRIČNIH SUPERKONDENZATORA NA BAZI AKTIVNOG UGLJIKA

S ciljem proizvodnje superkondenzatora za komercijalnu primjenu potrebno je obratiti pažnju na nekoliko parametara koji ga karakteriziraju, a to su nominalni napon, kapacitet te specifična energija i snaga. Nominalni napon ograničen je s kemijskom stabilnošću korištenog elektrolita, a s obzirom da je u kvadratnoj ovisnosti sa specifičnom energijom i snagom uglavnom se koriste organski elektroliti koji su stabilni i do 4V [1]. Kapacitet ovisi o sastavu i vrsti elektrodnog materijala stoga se biraju materijali s velikom specifičnom površinom, dobrom električnom vodljivošću te kemijskom i fizikalnom stabilnošću. Da bi superkondenzator imao brzu izmjenu skladištene energije potrebo je imati što manji unutarnji otpor. Uzročnici unutarnjeg otpora su koncentracija i pokretljivost iona elektrolita, električna vodljivost elektrodnog materijala, kontakt strujnog kolektora i elektrodnog materijala, provodnost elektrolita kroz separator i slično[2, 3]. U ovom radu izrađivani su simetrični superkondenzatoru s aktivnim ugljikom kao elektrodnim materijalom i organskim elektrolitom, a na vrijednost unutarnjeg otpora djelovalo se optimiranjem sastava elektroda te uvjetima pripreme elektrode u vidu temperature i tlaka prešanja. Elektrodni materijal je pripremljen miješanjem različitih masenih udjela aktivnog ugljika (Norit DLC Supra 30, SBET = 1900 m2/g) (60-95 wt%), acetilenskog crnila (Timcal Super C45) (3-20 wt%) i poliviniliden fluorida (PVDF) (Sigma Aldrich) (2- 20 wt%). N-metil-2-pirolidon (NMP) je korišten kao otapalo. Elektrode su pripremljene premazivanjem aktivnog materijala na aluminijsku foliju s tankim slojem ugljika (Galon) i sušene 24 sata na 60 °C u vakuum sušioniku. Elektrode su potom izrezane na površinu od 2 cm2, pri čemu njihova debljina iznosi 50 ili 100 μm, a specifična masa iznosi 6 mg/cm2 ili 20 mg/cm2. Takve elektrode dodatno su prešane na temperaturi od 80 ili 200 °C, i tlaku od 10 ili 100 MPa. Simetrični superkondenzatori sastavljani su u komori s inertnom atmosferom i sadrže dvije elektrode odvojene membranom od staklastih vlakana natopljenom 0.25 M BF4NEt4 u acetonitrilu. Testiranja su provedena metodom cikličke voltametrije, elektrokemijske impedancijske spektroskopije i metode punjenja i pražnjenja konstantnom strujom. Specifični kapacitet i unutarnji otpor superkondenzatora određeni su iz krivulje pražnjenja, dok je elektrokemijska impedancijska spektroskopija omogućila detaljan uvid u sve otpore koji su prisutni u superkondenzatoru i u njihovu ovisnost o temperaturi i tlaku prešanja. Rezultati su pokazali da svojstva superkondenzatora kao što su unutarnji otpor i specifični kapacitet uvelike ovise o načinu pripreme elektrode odnosno temperaturi i tlaku prešanja kao i samom sastavu elektrode. Impedancijski spektri pokazali su da je najveće smanjenje otpora s temperaturom i tlakom prešanja ostvareno na međufaznoj granici strujni kolektor/ elektrodni materijal. Takvo ponašanje odrazilo se na vrijednost vremenske konstante, a samim time i na dobivene vrijednosti specifične snage i energije.

aktivni ugljik, elektrokemijska impedancijska spektroskpija, ekvivalentni serijski otpor, strujni kolektor

nije evidentirano