Синтез гідроксиду нікелю в присутності ацетат-іону як «м’якого» ліганду для використання в хімічних джерелах струму
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185313Ключові слова:
гідроксид нікелю, α-Ni(OH)2, електрохімічна активність, лужний акумулятор, ацетатАнотація
Гідроксид нікелю широко використовується як активна речовина хімічних джерел струму. Механізм формування гідроксиду нікелю включає дуже швидку стадію утворення первинної аморфної частини та повільну стадію старіння (кристалізації). Поліпшення характеристик гідроксиду нікелю може бути досягнуто шляхом сниження швидкості першої стадії за рахунок взаємодії катіону нікеля з «м’яким» лігандом із утворенням слабкого комплексу. В якості «м’ягкого» ліганду запропоновано використати ацетат-аніон, який формує з Ni2+ комплекс без без зовнішньої сфери. Вивчено вплив ацетат-аніона на кристалічну структуру, морфологію часток та електрохімічні властивості гідроксиду нікелю, отриманого шляхом хімічного синтезу при високому пересиченні. Кристалічна структура зразків вивчена методом ренгенофазового аналізу, морфологія часток – методом скануючої електронної мікроскопії, електрохімічні характеристики – методами циклічної вольтамперометрії. Проведено порівняльний аналіз характеристик зразків, синтезованих в присутності та у відсутності ацетату натрію. Для зразка, синтезованого в присутності ацетату натрію, методом ренгенофазового аналізу показано зниження кристалічності та формування біфазної системи, що складається з β-Ni(OH)2 і α-Ni(OH)2. При цьому в зразку зростає вміст часток малого розміру з підвищеною поверхнею. Порівняльне вивчення електрохімічних характеристик показало формування при синтезі в присутності ацетату більш активного зразку із електрохімічною поведінкою переважно α-модифікації. При циклюванні активність зразку зростає. Питомий струм зарядного піка зразку, синтезованого в присутності ацетат-іона, збільшується у 1,93 раза в порівнянні із зразком, синтезованим в тих же умовах, але у відсутності ацетатуПосилання
- Hall, D. S., Lockwood, D. J., Bock, C., MacDougall, B. R. (2015). 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. doi: https://doi.org/10.1098/rspa.2014.0792
- Vidotti, M., Torresi, R., Torresi, S. I. C. de. (2010). Nickel hydroxide modified electrodes: a review study concerning its structural and electrochemical properties aiming the application in electrocatalysis, electrochromism and secondary batteries. Química Nova, 33 (10), 2176–2186. doi: http://doi.org/10.1590/s0100-40422010001000030
- Chen, J. (1999). Nickel Hydroxide as an Active Material for the Positive Electrode in Rechargeable Alkaline Batteries. Journal of The Electrochemical Society, 146 (10), 3606. doi: https://doi.org/10.1149/1.1392522
- Sun, Y.-K., Lee, D.-J., Lee, Y. J., Chen, Z., Myung, S.-T. (2013). Cobalt-Free Nickel Rich Layered Oxide Cathodes for Lithium-Ion Batteries. ACS Applied Materials & Interfaces, 5 (21), 11434–11440. doi: https://doi.org/10.1021/am403684z
- 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: https://doi.org/10.1007/s10008-009-0984-1
- 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: https://doi.org/10.1007/s10008-008-0560-0
- 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: https://doi.org/10.1007/s10008-014-2381-7
- 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: https://doi.org/10.1007/s11771-014-2218-7
- 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: https://doi.org/10.1021/am504530e
- 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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108839
- Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Solovov, V. A., Kovalenko, P. V., Ananchenko, B. A. (2018). Effect of deposition time on properties of electrochromic nickel hydroxide films prepared by cathodic template synthesis. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 13 (9), 3076–3086.
- Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). A study of the effect of tungstate ions on the electrochromic properties of Ni(OH)2 films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (95)), 18–24. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.145223
- Wang, Y., Zhang, D., Peng, W., Liu, L., Li, M. (2011). Electrocatalytic oxidation of methanol at Ni–Al layered double hydroxide film modified electrode in alkaline medium. Electrochimica Acta, 56 (16), 5754–5758. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2011.04.049
- Huang, W., Li, Z. L., Peng, Y. D., Chen, S., Zheng, J. F., Niu, Z. J. (2005). Oscillatory electrocatalytic oxidation of methanol on an Ni(OH)2 film electrode. Journal of Solid State Electrochemistry, 9 (5), 284–289. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-004-0599-5
- Fan, Y., Yang, Z., Cao, X., Liu, P., Chen, S., Cao, Z. (2014). Hierarchical Macro-Mesoporous Ni(OH)2 for Nonenzymatic Electrochemical Sensing of Glucose. Journal of The Electrochemical Society, 161 (10), B201–B206. doi: https://doi.org/10.1149/2.0251410jes
- Miao, Y., Ouyang, L., Zhou, S., Xu, L., Yang, Z., Xiao, M., Ouyang, R. (2014). Electrocatalysis and electroanalysis of nickel, its oxides, hydroxides and oxyhydroxides toward small molecules. Biosensors and Bioelectronics, 53, 428–439. doi: https://doi.org/10.1016/j.bios.2013.10.008
- Ramesh, T. N., Kamath, P. V., Shivakumara, C. (2005). Correlation of Structural Disorder with the Reversible Discharge Capacity of Nickel Hydroxide Electrode. Journal of The Electrochemical Society, 152 (4), A806. doi: https://doi.org/10.1149/1.1865852
- Zhao, Y., Zhu, Z., Zhuang, Q.-K. (2005). The relationship of spherical nano-Ni(OH)2 microstructure with its voltammetric behavior. Journal of Solid State Electrochemistry, 10 (11), 914–919. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-005-0035-5
- Jayashree, R. S., Kamath, P. V., Subbanna, G. N. (2000). The Effect of Crystallinity on the Reversible Discharge Capacity of Nickel Hydroxide. Journal of The Electrochemical Society, 147 (6), 2029. doi: https://doi.org/10.1149/1.1393480
- Jayashree, R. S., Kamath, P. V. (1999). Factors governing the electrochemical synthesis of α-nickel (II) hydroxide. Journal of Applied Electrochemistry, 29 (4), 449–454. doi: http://doi.org/10.1023/a:1003493711239
- Ramesh, T. N., Kamath, P. V. (2006). Synthesis of nickel hydroxide: Effect of precipitation conditions on phase selectivity and structural disorder. Journal of Power Sources, 156 (2), 655–661. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2005.05.050
- Kotok, V., Kovalenko, V. (2019). Definition of the influence of obtaining method on physical and chemical characteristics of Ni (OH)2 powders. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (12 (97)), 21–27. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.156093
- Rajamathi, M., Vishnu Kamath, P., Seshadri, R. (2000). Polymorphism in nickel hydroxide: role of interstratification. Journal of Materials Chemistry, 10 (2), 503–506. doi: https://doi.org/10.1039/a905651c
- Hu, M., Yang, Z., Lei, L., Sun, Y. (2011). Structural transformation and its effects on the electrochemical performances of a layered double hydroxide. Journal of Power Sources, 196 (3), 1569–1577. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.08.041
- Córdoba de Torresi, S. I., Provazi, K., Malta, M., Torresi, R. M. (2001). Effect of Additives in the Stabilization of the α Phase of Ni(OH)2 Electrodes. Journal of The Electrochemical Society, 148 (10), A1179. doi: https://doi.org/10.1149/1.1403731
- Zhang, Z., Zhu, Y., Bao, J., Zhou, Z., Lin, X., Zheng, H. (2012). Structural and electrochemical performance of additives-doped α-Ni(OH)2. Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed., 27 (3), 538–541. doi: https://doi.org/10.1007/s11595-012-0500-9
- Sugimoto, A., Ishida, S., Kenzo, H. (1999). Preparation and Characterization of Ni/Al-Layered Double Hydroxide. Journal of The Electrochemical Society, 146 (4), 1251–1255. doi: https://doi.org/10.1149/1.1391754
- Zhen, F. Z., Quan, J. W., Min, Y. L., Peng, Z., Jun, J. L. (2004). A study on the structure and electrochemical characteristics of a Ni/Al double hydroxide. Metals and Materials International, 10 (5), 485–488. doi: https://doi.org/10.1007/bf03027353
- Liu, B., Wang, X. Y., Yuan, H. T., Zhang, Y. S., Song, D. Y., Zhou, Z. X. (1999). Physical and electrochemical characteristics of aluminium-substituted nickel hydroxide. Journal of Applied Electrochemistry, 29 (7), 853–858. doi: https://doi.org/10.1023/a:1003537900947
- Caravaggio, G. A., Detellier, C., Wronski, Z. (2001). Synthesis, stability and electrochemical properties of NiAl and NiV layered double hydroxides. Journal of Materials Chemistry, 11 (3), 912–921. doi: https://doi.org/10.1039/b004542j
- Li, Y. W., Yao, J. H., Liu, C. J., Zhao, W. M., Deng, W. X., Zhong, S. K. (2010). Effect of interlayer anions on the electrochemical performance of Al-substituted α-type nickel hydroxide electrodes. International Journal of Hydrogen Energy, 35 (6), 2539–2545. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.01.015
- Zhao, Y. L., Wang, J. M., Chen, H., Pan, T., Zhang, J. Q., Cao, C. N. (2004). Al-substituted α-nickel hydroxide prepared by homogeneous precipitation method with urea. International Journal of Hydrogen Energy, 29 (8), 889–896. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2003.10.006
- Lei, L., Hu, M., Gao, X., Sun, Y. (2008). The effect of the interlayer anions on the electrochemical performance of layered double hydroxide electrode materials. Electrochimica Acta, 54 (2), 671–676. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2008.07.004
- Faour, A., Mousty, C., Prevot, V., Devouard, B., De Roy, A., Bordet, P. et. al. (2012). Correlation among Structure, Microstructure, and Electrochemical Properties of NiAl–CO3 Layered Double Hydroxide Thin Films. The Journal of Physical Chemistry C, 116 (29), 15646–15659. doi: https://doi.org/10.1021/jp300780w
- Kotok, V., Kovalenko, V., Vlasov, S. (2018). Investigation of NiAl hydroxide with silver addition as an active substance of alkaline batteries. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (93)), 6–11. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133465
- 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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.106813
- 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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.95699
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). “The popcorn effect”: obtaining of the highly active ultrafine nickel hydroxide by microwave treatment of wet precipitate. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (95)), 12–20. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.143126
- 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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.110390
- 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: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.05.172
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). Influence of ultrasound and template on the properties of nickel hydroxide as an active substance of supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (93)), 32–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133548
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Influence of the carbonate ion on characteristics of electrochemically synthesized layered (α+β) nickel hydroxide. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (97)), 40–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155738
- 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: https://doi.org/10.1007/s10008-016-3405-2
- Miao, C., Zhu, Y., Zhao, T., Jian, X., Li, W. (2015). Synthesis and electrochemical performance of mixed phase α/β nickel hydroxide by codoping with Ca2+ and PO4 3−. Ionics, 21 (12), 3201–3208. doi: https://doi.org/10.1007/s11581-015-1507-y
- Li, Y., Yao, J., Zhu, Y., Zou, Z., Wang, H. (2012). Synthesis and electrochemical performance of mixed phase α/β nickel hydroxide. Journal of Power Sources, 203, 177–183. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.11.081
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). Comparative investigation of electrochemically synthesized (α+β) layered nickel hydroxide with mixture of α-Ni(OH)2 and β-Ni(OH)2. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (92)), 16–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.125886
- Kotok, V., Kovalenko, V., Malyshev, V. (2017). Comparison of oxygen evolution parameters on different types of nickel hydroxide. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (89)), 12–19. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.109770
- Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). Definition of the aging process parameters for nickel hydroxide in the alkaline medium. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (12 (92)), 54–60. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.127764
- Vasserman, I. N. (1980). Himicheskoe osazhdenie iz rastvorov. Leningrad: Himiya, 208.
- Burmistr, M. V., Boiko, V. S., Lipko, E. O., Gerasimenko, K. O., Gomza, Y. P., Vesnin, R. L. et. al. (2014). Antifriction and Construction Materials Based on Modified Phenol-Formaldehyde Resins Reinforced with Mineral and Synthetic Fibrous Fillers. Mechanics of Composite Materials, 50 (2), 213–222. doi: https://doi.org/10.1007/s11029-014-9408-0
- Vlasova, E., Кovalenko, 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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.79559
- Deabate, S., Fourgeot, F., Henn, F. (1999). Structural and electrochemical characterization of nickel hydroxide obtained by the new synthesis route of electrodialysis. A comparison with spherical β-Ni(OH)2. Ionics, 5 (5-6), 371–384. doi: https://doi.org/10.1007/bf02376001
- Cheng, J., Cao, G.-P., Yang, Y.-S. (2006). Characterization of sol–gel-derived NiOx xerogels as supercapacitors. Journal of Power Sources, 159 (1), 734–741. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2005.07.095
- Rocha, M. A., Winnischofer, H., Araki, K., Anaissi, F. J., Toma, H. E. (2011). A New Insight on the Preparation of Stabilized Alpha-Nickel Hydroxide Nanoparticles. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 11 (5), 3985–3996. doi: https://doi.org/10.1166/jnn.2011.3872
- Liu, K. C., Anderson, M. A. (1996). Porous nickel oxide/nickel films for electrochemical capacitors. Journal of The Electrochemical Society, 143 (1), 124–130. doi: https://doi.org/10.1149/1.1836396
- Martins, P. R., Araújo Parussulo, A. L., Toma, S. H., Rocha, M. A., Toma, H. E., Araki, K. (2012). Highly stabilized alpha-NiCo(OH)2 nanomaterials for high performance device application. Journal of Power Sources, 218, 1–4. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.06.065
- Liu, X., Yu, L. (2004). Synthesis of nanosized nickel hydroxide by solid-state reaction at room temperature. Materials Letters, 58 (7-8), 1327–1330. doi: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2003.09.054
- Liang, Z.-H., Zhu, Y.-J., Hu, X.-L. (2004). β-Nickel Hydroxide Nanosheets and Their Thermal Decomposition to Nickel Oxide Nanosheets. The Journal of Physical Chemistry B, 108 (11), 3488–3491. doi: https://doi.org/10.1021/jp037513n
- Ma, X., Liu, J., Liang, C., Gong, X., Che, R. (2014). A facile phase transformation method for the preparation of 3D flower-like β-Ni(OH)2/GO/CNTs composite with excellent supercapacitor performance. Journal of Materials Chemistry A, 2 (32), 12692–12696. doi: https://doi.org/10.1039/c4ta02221a
- Yang, L.-X., Zhu, Y.-J., Tong, H., Liang, Z.-H., Li, L., Zhang, L. (2007). Hydrothermal synthesis of nickel hydroxide nanostructures in mixed solvents of water and alcohol. Journal of Solid State Chemistry, 180 (7), 2095–2101. doi: https://doi.org/10.1016/j.jssc.2007.05.009
- Tower, O. F. (1924). Note on Colloidal Nickel Hydroxide. The Journal of Physical Chemistry, 28 (2), 176–178. doi: https://doi.org/10.1021/j150236a009
- 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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.90810
- Kovalenko, V., Kotok, V., Kovalenko, I. (2018). Activation of the nickel foam as a current collector for application in supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (93)), 56–62. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133472
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Anionic carbonate activation of layered (α+β) nickel hydroxide. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (99)), 44–52. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.169461
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Vadym Kovalenko, Valerii Kotok
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.