Порівняльне дослідження різних типів пінонікелю для використання в суперконденсаторах та інших електрохімічних пристроях

Автор(и)

  • Вадим Леонідович Коваленко Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-8012-6732
  • Валерій Анатолійович Коток Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-8879-7189

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.234251

Ключові слова:

пінонікель, електрохімічний нікель, хімнікель, ударний нікель, активація, струмовідвод, суперконденсатор

Анотація

Пінонікель широко використовується як струмовідвод/струмопідвод та основа гідроксиднонікелевих улектродів для різних електрохімічних пристроїв – акумуляторов, гібридних суперконденсаторів, пристроїв електрокаталітичного окиснення органічних речовин. Вивчені характеристики комерційних зразків пінонікелю виробництва «Новомет-Пермь» (Російська Федерація) (отриманий хімічним, а потім електрохімічним нікелюванням) та «Linyi Gelon LIB Co Ltd» (Китай) (отриманий хімічним нікелюванням). Визначення природи пасивності проведено шляхом формування модельних зразків електрохімічного та хімічного нікелю на сталевій основі. Для пасивного зразку було проведено активацію шдяхом нанесення шару електрохімічного нікелю із розчину ударного нікелювання. Активовані, неактивовані зразки пінонікелю та модельні зразки вивчені методами циклічної вольтамперометрії та гальваностатичного зарядно-розрядного циклювання в режимі суперконденсатора. Порівняльний аналіз зразків пінонікелю китайського і російського виробництва показав значну пасивність пінонікелю китайського виробництва: в циклічній вольтамперометрії активність нижче в 4,8 раза, при гальваностатичному зарядно-розрядном циклюванні ‑ в 2,59 рази. Висловлено припущення, що висока пасивність визначається тим, что зразок склається із сплаву Ni-P або Ni-B. Дане припущення доведено методом імітаційного натурного моделювання. Електрохімічна активність хімічного нікелю нижче активності електрохімічного в 1,25 раза (по даним цикличної вольтамперометрії) и в 1,58 раза (по даним гальваностатичного циклювания). Вперше проведено активацію пінонікелю китайского виробництва (хімічного нікелю) шляхом нанесення шару електрохімічного нікелю із електроліту ударного нікелю. Показана висока ефективність активації: на циклічній кривій питомий струм анодного піку збільшився 8,71 раза, а при гальваностатичесному циклюванні підвищення питомої ємності склало від 1,73 раза (при i=120 мА/см2) до 4,84 раза (при i=20 мА/см2)

Біографії авторів

Вадим Леонідович Коваленко, Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра аналітичної хімії та хімічної технології харчових добавок та косметичних засобів

Старший науковий співробітник

Центр компетенцій «Екологічні технології та системи»

Валерій Анатолійович Коток, Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра процесів і апаратів, та загальної хімічної технології

Старший науковий співробітник

Центр компетенцій «Екологічні технології та системи»

Посилання

  1. Simon, P., Gogotsi, Y. (2008). Materials for electrochemical capacitors. Nature Materials, 7 (11), 845–854. doi: https://doi.org/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: https://doi.org/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: https://doi.org/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: https://doi.org/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: https://doi.org/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: https://doi.org/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: https://doi.org/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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.90810
  9. Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Sykchin, A., Ananchenko, B. A., Chernyad’ev, A. V., Burkov, A. A. et. al. (2020). Al3+ Additive in the Nickel Hydroxide Obtained by High-Temperature Two-Step Synthesis: Activator or Poisoner for Chemical Power Source Application? Journal of The Electrochemical Society, 167 (10), 100530. doi: https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab9a2a
  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: https://doi.org/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: https://doi.org/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: https://doi.org/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: https://doi.org/10.1007/s10008-017-3570-y
  14. 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
  15. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L. (2019). Non-Metallic Films Electroplating on the Low-Conductivity Substrates: The Conscious Selection of Conditions Using Ni(OH)2 Deposition as an Example. Journal of The Electrochemical Society, 166 (10), D395–D408. doi: https://doi.org/10.1149/2.0561910jes
  16. 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
  17. 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
  18. Solovov, V. A., Nikolenko, N. V., Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Burkov, A. А., Kondrat’ev, D. A. et. al. (2018). Synthesis of Ni(II)-Ti(IV) Layered Double Hydroxides Using Coprecipitation At High Supersaturation Method. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 24 (13), 9652–9656. Available at: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2018/jeas_1218_7500.pdf
  19. 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
  20. 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: https://doi.org/10.1007/s11581-009-0383-8
  21. 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
  22. 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
  23. 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: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.05.026
  24. Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). Synthesis of Ni(OH)2 by template homogeneous precipitation for application in the binder­free electrode of supercapacitor. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (12 (94)), 29–35. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140899
  25. 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: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.12.024
  26. 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: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.03.144
  27. 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
  28. 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
  29. 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: https://doi.org/10.1039/c2jm31526b
  30. 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: https://doi.org/10.1039/c5ra07953e
  31. 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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121679
  32. Chao, Y., Xin-Bo, X., Zhi-Biao, Z., Jun-Jie, L., Tuo, H., Xie-Rong, Z. (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. doi: https://doi.org/10.3866/pku.whxb201411053
  33. 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: https://doi.org/10.1039/c4ta00205a
  34. Visscher, W., Barendrecht, E. (1980). The anodic oxidation of nickel in alkaline solution. Electrochimica Acta, 25 (5), 651–655. doi: https://doi.org/10.1016/0013-4686(80)87072-1
  35. 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: https://doi.org/10.1016/s0022-0728(97)00498-1
  36. 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: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2014.12.031
  37. 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: https://doi.org/10.12693/aphyspola.125.224
  38. 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: https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2016.10.006
  39. 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: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2016.06.038
  40. 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: https://doi.org/10.1166/jamr.2016.1302

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-30

Як цитувати

Коваленко, В. Л., & Коток, В. А. (2021). Порівняльне дослідження різних типів пінонікелю для використання в суперконденсаторах та інших електрохімічних пристроях. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(12 (111), 32–38. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.234251

Номер

Том 3 № 12 (111) (2021): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Вадим Леонидович Коваленко, Валерий Анатольевич Коток

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.