Активація пінонікелю як струмовіводу для використання в суперкоденсаторах

Автор(и)

  • Vadym Kovalenko Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої освіти "Вятський державний університет" вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000, Україна https://orcid.org/0000-0002-8012-6732
  • Valerii Kotok Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої освіти "Вятський державний університет" вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000, Україна https://orcid.org/0000-0001-8879-7189
  • Igor Kovalenko Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0002-7747-0911

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133472

Ключові слова:

пінонікель, питома ємність, суперконденсатор, травління, щавлева кислота, соляна кислота, струмовідвод

Анотація

Пінонікель широко використовується як струмовідвод та основа гідроксиднонікелевого фарадеєвського електроду гібридних суперконденсаторов. Активація пінонікелю дозволить збільшити ємність гідроксиднонікелевого електроду або сформувати високошвидкісні електроди без нанесення додаткової активної маси. Для активації пінонікелю запропонована багаторазова (1–20 раз) короткотривала (5 хв) обробка в 0,1 М розчині HCl, H3BO3 або H2C2O4. Вивчена можливість активації комерційних зразків пінонікелю виробництва «Новомет-Пермь» (Російська Федерація) та «Linyi Gelon LIB Co Ltd» (Китай). Активовані та неактивовані зразки пінонікеля вивчені методами ренгенофазового аналізу та скануючої електронної мікроскопії, електрохімічні характеристики визначені циклічною вольтамперометрією та гальваностатичним зарядно-розрядним циклування в режимі суперконденсатора. Порівняльний аналіз зразків піноникелю китайського та російського виробництва виявив суттєву пасивність та складність активації пінонікелю китайського виробництва. Висловлено припущення, що висока пасивність визначається тим, що зразок складається із сплаву Ni-P або Ni-B. Максимальна питома ємність 0,084 Ф/см2 отримана при 20-ти кратній обробці в розчині HCl. Механізм активації – збільшення питомої активної поверхні нікелю. Однак це значення менше питомої ємності неактивованого пінонікелю російського виробництва (0,333 Ф/см2). Показано, що пінонікель російського виробництва легко активується. Максимальний активаційний ефект проявляється при обробці в розчині щавлевої кислоти: питомі ємності склали 1,213 Ф/см2 (при 1-но кратній обробці), 6,578 Ф/см2 (при 5-ти кратній обробці) та 20,003 Ф/см2 (при 20-ти кратній обробці). Механізм активації – утворення на поверхні пінонікеля шару оксалату нікелю. За результатами порівняльного аналізу показано ефективність активації пінонікелю російського зразка шляхом багаторазової короткотермінової обробки в розчині щавлевої кислоти. Зроблено висновок щодо неефективності активації зразка пінонікелю китайського виробництва шляхом багаторазової короткотермінової обробки в розчині щавлевої, соляної та борної кислоти. Для активації пінонікелю китайського виробництва необхідна розробка іншого методу

Біографії авторів

Vadym Kovalenko, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої освіти "Вятський державний університет" вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра аналітичної хімії та хімічної технології харчових добавок і косметичних засобів

Кафедра технології неорганічних речовин та технологій електрохімічних виробництв

Valerii Kotok, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої освіти "Вятський державний університет" вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра процесів і апаратів, та загальної хімічної технології

Кафедра технології неорганічних речовин та технологій електрохімічних виробництв

Igor Kovalenko, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Доктор технічних наук, професор

Кафедра неорганічної хімії

Посилання

  1. Simon, P., Gogotsi, Y. (2008). Materials for electrochemical capacitors. Nature Materials, 7 (11), 845–854. doi: 10.1038/nmat2297
  2. Burke, A. (2007). R&D considerations for the performance and application of electrochemical capacitors. Electrochimica Acta, 53 (3), 1083–1091. doi: 10.1016/j.electacta.2007.01.011
  3. Lang, J.-W., Kong, L.-B., Liu, M., Luo, Y.-C., Kang, L. (2009). Asymmetric supercapacitors based on stabilized α-Ni(OH)2 and activated carbon. Journal of Solid State Electrochemistry, 14 (8), 1533–1539. doi: 10.1007/s10008-009-0984-1
  4. Lang, J.-W., Kong, L.-B., Wu, W.-J., Liu, M., Luo, Y.-C., Kang, L. (2008). A facile approach to the preparation of loose-packed Ni(OH)2 nanoflake materials for electrochemical capacitors. Journal of Solid State Electrochemistry, 13 (2), 333–340. doi: 10.1007/s10008-008-0560-0
  5. Aghazadeh, M., Ghaemi, M., Sabour, B., Dalvand, S. (2014). Electrochemical preparation of α-Ni(OH)2 ultrafine nanoparticles for high-performance supercapacitors. Journal of Solid State Electrochemistry, 18 (6), 1569–1584. doi: 10.1007/s10008-014-2381-7
  6. Zheng, C., Liu, X., Chen, Z., Wu, Z., Fang, D. (2014). Excellent supercapacitive performance of a reduced graphene oxide/Ni(OH)2 composite synthesized by a facile hydrothermal route. Journal of Central South University, 21 (7), 2596–2603. doi: 10.1007/s11771-014-2218-7
  7. Wang, B., Williams, G. R., Chang, Z., Jiang, M., Liu, J., Lei, X., Sun, X. (2014). Hierarchical NiAl Layered Double Hydroxide/Multiwalled Carbon Nanotube/Nickel Foam Electrodes with Excellent Pseudocapacitive Properties. ACS Applied Materials & Interfaces, 6 (18), 16304–16311. doi: 10.1021/am504530e
  8. Kotok, V., Kovalenko, V. (2017). Optimization of nickel hydroxide electrode of the hybrid supercapacitor. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (85)), 4–9. doi: 10.15587/1729-4061.2017.90810
  9. Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Definition of effectiveness of β-Ni(OH)2 application in the alkaline secondary cells and hybrid supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (89)), 17–22. doi: 10.15587/1729-4061.2017.110390
  10. Chen, M., Xiong, X., Yi, C., Ma, J., Zeng, X. (2014). Ni(OH)2–NiO–NiF Compound Film on Nickel with Superior Pseudocapacitive Performance Prepared by Anodization and Post-hydrothermal Treatment Methods. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 25 (4), 739–746. doi: 10.1007/s10904-014-0152-7
  11. Kotok, V., Kovalenko, V. (2017). The properties investigation of the faradaic supercapacitor electrode formed on foamed nickel substrate with polyvinyl alcohol using. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (12 (88)), 31–37. doi: 10.15587/1729-4061.2017.108839
  12. Yu, X., Hua, T., Liu, X., Yan, Z., Xu, P., Du, P. (2014). Nickel-Based Thin Film on Multiwalled Carbon Nanotubes as an Efficient Bifunctional Electrocatalyst for Water Splitting. ACS Applied Materials & Interfaces, 6 (17), 15395–15402. doi: 10.1021/am503938c
  13. Xiao, J., Zhang, X., Gao, T., Zhou, C., Xiao, D. (2017). Electrochemical formation of multilayered NiO film/Ni foam as a high-efficient anode for methanol electrolysis. Journal of Solid State Electrochemistry, 21 (8), 2301–2311. doi: 10.1007/s10008-017-3570-y
  14. Kotok, V., Kovalenko, V. (2017). The electrochemical cathodic template synthesis of nickel hydroxide thin films for electrochromic devices: role of temperature. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (11 (86)), 28–34. doi: 10.15587/1729-4061.2017.97371
  15. Kotok, V., Kovalenko, V. (2017). Electrochromism of Ni(OH)2 films obtained by cathode template method with addition of Al, Zn, Co ions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (87)), 38–43. doi: 10.15587/1729-4061.2017.103010
  16. Solovov, V., Kovalenko, V., Nikolenko, N., Kotok, V., Vlasova, E. (2017). Influence of temperature on the characteristics of Ni(II), Ti(IV) layered double hydroxides synthesised by different methods. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (85)), 16–22. doi: 10.15587/1729-4061.2017.90873
  17. Liu, C., Huang, L., Li, Y., Sun, D. (2009). Synthesis and electrochemical performance of amorphous nickel hydroxide codoped with Fe3+ and CO 3 2−. Ionics, 16 (3), 215–219. doi: 10.1007/s11581-009-0383-8
  18. Li, J., Luo, F., Tian, X., Lei, Y., Yuan, H., Xiao, D. (2013). A facile approach to synthesis coral-like nanoporous β-Ni(OH) 2 and its supercapacitor application. Journal of Power Sources, 243, 721–727. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.05.172
  19. Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Sykchin, A. A., Mudryi, I. A., Ananchenko, B. A., Burkov, A. A. et. al. (2016). Nickel hydroxide obtained by high-temperature two-step synthesis as an effective material for supercapacitor applications. Journal of Solid State Electrochemistry, 21 (3), 683–691. doi: 10.1007/s10008-016-3405-2
  20. Xiao-yan, G., Jian-cheng, D. (2007). Preparation and electrochemical performance of nano-scale nickel hydroxide with different shapes. Materials Letters, 61 (3), 621–625. doi: 10.1016/j.matlet.2006.05.026
  21. Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Study of the influence of the template concentration under homogeneous precepitation on the properties of Ni(OH)2 for supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (88)), 17–22. doi: 10.15587/1729-4061.2017.106813
  22. Tizfahm, J., Safibonab, B., Aghazadeh, M., Majdabadi, A., Sabour, B., Dalvand, S. (2014). Supercapacitive behavior of β-Ni(OH) 2 nanospheres prepared by a facile electrochemical method. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 443, 544–551. doi: 10.1016/j.colsurfa.2013.12.024
  23. Aghazadeh, M., Golikand, A. N., Ghaemi, M. (2011). Synthesis, characterization, and electrochemical properties of ultrafine β-Ni(OH)2 nanoparticles. International Journal of Hydrogen Energy, 36 (14), 8674–8679. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.03.144
  24. Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Obtaining of Ni–Al layered double hydroxide by slit diaphragm electrolyzer. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (86)), 11–17. doi: 10.15587/1729-4061.2017.95699
  25. Kovalenko, V., Kotok, V., Bolotin, O. (2016). Definition of factors influencing on Ni(OH)2 electrochemical characteristics for supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (83)), 17–22. doi: 10.15587/1729-4061.2016.79406
  26. Hall, D. S., Lockwood, D. J., Bock, C., MacDougall, B. R. (2014). Nickel hydroxides and related materials: a review of their structures, synthesis and properties. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 471 (2174), 20140792–20140792. doi: 10.1098/rspa.2014.0792
  27. Liang, K., Tang, X., Hu, W. (2012). High-performance three-dimensional nanoporous NiO film as a supercapacitor electrode. Journal of Materials Chemistry, 22 (22), 11062. doi: 10.1039/c2jm31526b
  28. Navale, S. T., Mali, V. V., Pawar, S. A., Mane, R. S., Naushad, M., Stadler, F. J., Patil, V. B. (2015). Electrochemical supercapacitor development based on electrodeposited nickel oxide film. RSC Advances, 5 (64), 51961–51965. doi: 10.1039/c5ra07953e
  29. Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). A study of multilayered electrochromic platings based on nickel and cobalt hydroxides. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (12 (91)), 29–35. doi: 10.15587/1729-4061.2018.121679
  30. Kotok, V.A., Kovalenko, V.L., Kovalenko, P.V., Solovov, V.A., Deabate, S., Mehdi, A., Bantignies, J.L., Henn F. (2017) Advanced electrochromic Ni(OH)2/PVA films formed by electrochemical template synthesis. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 12(13), 3962 – 3977.
  31. Chao, Yi, Xin-Bo, Xiong, Zhi-Biao, Zou, Jun-Jie, Li, Tuo, Huang, Bin, Li, Jun, Ma, Xie-Rong, Zeng. (2015) Fabrication of Nickel-Based Composite Film Electrode for Supercapacitors by a New Method of Anodization/GCD, Acta Physico-Chimica Sinica,31, 1, 99-104(6)
  32. Gu, L., Wang, Y., Lu, R., Guan, L., Peng, X., Sha, J. (2014). Anodic electrodeposition of a porous nickel oxide–hydroxide film on passivated nickel foam for supercapacitors. J. Mater. Chem. A, 2 (20), 7161–7164. doi: 10.1039/c4ta00205a
  33. Visscher, W., Barendrecht, E. (1980). The anodic oxidation of nickel in alkaline solution. Electrochimica Acta, 25 (5), 651–655. doi: 10.1016/0013-4686(80)87072-1
  34. Seghiouer, A., Chevalet, J., Barhoun, A., Lantelme, F. (1998). Electrochemical oxidation of nickel in alkaline solutions: a voltammetric study and modelling. Journal of Electroanalytical Chemistry, 442 (1-2), 113–123. doi: 10.1016/s0022-0728(97)00498-1
  35. Cai, G., Wang, X., Cui, M., Darmawan, P., Wang, J., Eh, A. L.-S., Lee, P. S. (2015). Electrochromo-supercapacitor based on direct growth of NiO nanoparticles. Nano Energy, 12, 258–267. doi: 10.1016/j.nanoen.2014.12.031
  36. Atalay, F. E., Aydogmus, E., Yigit, H., Avcu, D., Kaya, H., Atalay, S. (2014). The Formation of Free Standing NiO Nanostructures on Nickel Foam for Supercapacitors. Acta Physica Polonica A, 125 (2), 224–226. doi: 10.12693/aphyspola.125.224
  37. Yadav, A. A., Chavan, U. J. (2016). Influence of substrate temperature on electrochemical supercapacitive performance of spray deposited nickel oxide thin films. Journal of Electroanalytical Chemistry, 782, 36–42. doi: 10.1016/j.jelechem.2016.10.006
  38. Xiong, X., Zhang, J., Ma, J., Zeng, X., Qian, H., Li, Y. (2016). Fabrication of porous nickel (hydr)oxide film with rational pore size distribution on nickel foam by induction heating deposition for high-performance supercapacitors. Materials Chemistry and Physics, 181, 1–6. doi: 10.1016/j.matchemphys.2016.06.038
  39. Fares, M., Debili, M. Y. (2016). NiO Formation by Simple Air Oxidation of Nickel Coated Carbon Fibers. Journal of Advanced Microscopy Research, 11 (2), 127–129. doi: 10.1166/jamr.2016.1302
  40. Vlasova, E., Kovalenko, V., Kotok, V., Vlasov, S. (2016). Research of the mechanism of formation and properties of tripolyphosphate coating on the steel basis. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (83)), 33–39. doi: 10.15587/1729-4061.2016.79559

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-06-13

Як цитувати

Kovalenko, V., Kotok, V., & Kovalenko, I. (2018). Активація пінонікелю як струмовіводу для використання в суперкоденсаторах. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(12 (93), 56–62. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133472

Номер

Том 3 № 12 (93) (2018): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Vadym Kovalenko, Valerii Kotok, Igor Kovalenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.