Наборные суперконденсаторы нового поколения

В статье рассмотрены вопросы исследования и разработки электрохимических накопителей энергии наборных суперконденсаторов нового поколения с повышенными энергетическими характеристиками. На базе проведенных теоретических и экспериментальных исследований в ОИВТ РАН в течение последних десяти лет были разработаны опытные образцы наборных суперконденсаторов, главные особенности которых заключаются в использовании нетоксичного органического электролита на основе ионной жидкости и новой технологии изготовления электродов суперконденсатора на основе двусторонней композитной углеродной ленты.

По новой технологии изготовлены: суперконденсатор 41СК, состоящий из 40 двухсторонних и двух односторонних электродов с номинальным 90,2 В и максимальным 102,5 В напряжением; суперконденсатор 2х50СК, состоящий из двух параллельно соединенных пакетов по 50 элементарных суперконденсаторов (в каждом пакете 49 двухсторонних и два односторонних электрода) с номинальным 110 В и максимальным 125 В напряжением. Экспериментальные исследования опытных образцов показали, что вольтамперограммы имеют типичную прямоугольную форму с четко выраженной двойнослойной областью, что свидетельствует о равномерном распределении заряда и отсутствии вклада псевдоемкостных процессов в исследуемом интервале напряжений; заряд/разрядные зависимости имеют выраженную пилообразную форму, что свидетельствует о равномерных зарядке и разрядке двойного электрического слоя.

Сравнение характеристик серийных образцов наборных суперконденсаторов с водным электролитом и макетных образцов наборных суперконденсаторов с органическим электролитом на основе ионной жидкости 1Ме3ВuImBF4 показало, что удельная энергия новых наборных суперконденсаторов более чем в 10 раз выше по сравнению с наборными суперконденсаторами с водным электролитом; удельная мощность новых наборных суперконденсаторов в 2-3 раза выше, чем у наборных суперконденсатора с водным электролитом.

1. Von Helmholt, H. Studien uber elektrische Grenzshichten / H. Von Helmholt // Ann. der Physik und Chernie. - 1879. - Bd VII. - No. 7.

2. Иванов, А.М. Молекулярные накопители электрической энергии на основе двойного электрического слоя / А.М. Иванов, А.Ф. Герасимов // Электричество. - 1991. - № 8. - С. 16-19.

3. Conway, B.E. Electrochemical Supercapacitors. Scientific Fundamentals and Technological Applications / B.E. Conway. - N.Y. Kluwer Academic Plenum Publ., 1999; p. 698.

4. Kotz, R. Principles and applications of electrochemical capacitors / R. Kotz, M. Carlen // Electro-chimica Acta. - 2000. - Vol. 45. - P. 2483-2498.

5. Lewandowski, A. Practical and theoretical limits for electrochemical double-layer capacitor / A. Lewan-dowski, M. Galinski // Journal of Power Sources. -2007. - Vol. 173. - P. 822-828.

6. Вольфкович, Ю.М. Электрохимические конденсаторы / Ю.М. Вольфкович, Т.М. Сердюк // Электрохимическая энергетика. - 2001. - Т. 1. - № 4. - С. 14-28.

7. Burke, A. Cell balancing considerations for long series strings of ultracapacitors in vehicles application / A. Burke, M. Miller // Proceedings of the Advanced Capacitor World Summit. - San Diego, CA, USA, 2005.

8. Denshchikov, K.K. 1-Mtthyl-3-buthylimidazolium tetraflouroborate with activated carbon for electrochemical double iayer supercapacitors / K.K. Denshchikov [et al.] // Electrochimica Acta. -2010. - Vol. 55. - Р. 7506-7510.

9. Frackowiak, E.J. Supercapacitors based on carbon materials and ionic liquids / E.J. Frackowiak // Braz. chem. Soc. - 2006. - Vol. 17. - No. 6. - Р. 1074.

10. Деньщиков, К.К Применение ионных жидкостей в качестве электролита электрохимического двойнослойного суперконденсатора / К.К Деньщиков, М.Ю. Измайлова, В.Т. Новиков // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). - 2009. - № 11. - С. 109-113.

11. Деньщиков, К.К. Композитная углеродная лента для электродов суперконденсаторов / К.К. Деньщиков [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). - 2015. - № 21. - С. 1-9.

12. Выгодский, Я.С. Ионные жидкости - новые перспективные среды для органического синтеза и синтеза полимеров / Я.С. Выгодский [и др.] // Высокомолекулярные соединения, Серия С. - 2001. - Т. 43. - № 12. - С. 2350-2368.

13. Игнатьев, Н.В. Новые перспективные ионные жидкости. / Н.В. Игнатьев, У. Вельц-Бирман, Х. Вильнер // Российский химический журнал. - 2004. -Т. XLVTII. - № 6. - С. 36-39.

14. Welton, T. Room-temperature ionic liquids. Solvents for synthesis and catalysi / T. Welton // Chemical Reviews. - 1999. - Vol. 99. - No. 8. - P. 2071-2083.

15. Galinski M., Lewandowski A., Stepniak I. Ionic liquids as electrolytes / M. Galinski, A. Lewandowski, I. Stepniak // Electrochimica Acta. - 2006. - Vol. 51. - P. 5567-5580.

16. Деньщиков, К.К. Суперконденсаторы: принципы построения, техника и применения / К.К. Деньщиков, А.З. Жук, М.Ю. Измайлова // ОИВТ РАН, Итоги и перспективы: Сборник статей, посвященных 50-летию ОИВТ РАН. - Издательство ОИВТ РАН, 2010. - С. 569-595.

17. Вольфкович, Ю.М. Силовой электрохимический суперконденсатор / Ю.М. Вольфкович [и др.] // Электрохимическая энергетика. - 2008. - Т. 8 - С. 106.

18. Frackowiak, E. Carbon materials for the electrochemical storage of energy in capacitors / E. Frackowi-ak, F. Begum // Carbon. - 2001. - Vol. 39. - № 6. - P. 937-950.

19. Сапурина, И.Ю. Композиционный полимер-углеродный электродный материал с высокой электрохимической емкостью / И.Ю. Сапурина, М.Е. Компан, М.А. Шишов // Электрохимия. - 2015. - Т. 51. - № 6. - С. 1-11.

20. Деньщиков, К.К. Суперконденсаторы: современное состояние / К.К. Деньщиков // Международная специализированная выставка «Электрические сети России 2017», Круглый стол «Электрохимические системы накопления и хранения электроэнергии», Москва, 2017. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://expoelectroseti.ru/ofitsialnyj-sajt/programma-2017/ - (Дата обращения: 08.12.2017).