Алгоритм оценки габаритных характеристик активных слоев двойнослойного суперконденсатора: компьютерное моделирование оптимизации режимов заряжения

Проведено компьютерное моделирование структуры и способов функционирования активных слоев двойнослойного конденсатора (ДСК) с неводным электролитом (с проводимостью k = 10^-2 Ом^-1см^-1). Предложена модель структуры активных слоев в виде равновеликих кубических зерен электролита и высокодисперсного углерода. Для поляризации активных слоев использовалась последовательность двух процессов заряда: сначала гальваностатики, затем потенциостатики. В статье предложен алгоритм программы расчетов: он предполагает взаимное согласование и оптимизацию семи параметров, характеризующих структуру активного слоя и условий проведения процессов заряжения. Расчеты показали, что если гальваностатически поляризовать в бипористом активном слое ДСК широкие поры до предельного потенциала 3,5 В (от начального потенциала 0,5 В), а после потенциостатически поляризовать мелкие (~ 1 нм) поры, то за сотые доли секунды можно получить удельную емкость C = 246 Ф/г и удельную энергию W = 934 кДж/кг.

двойнослойный суперконденсатор, активный слой с бипористой структурой, компьютерное моделирование, гальваностатический и потенциостатический режимы заряда, активированный углерод, неводный электролит, computer simulation, electric double layer supercapacitor, galvanostatic and potentiostatic charging modes, active layer with biporous structure, activated carbon, inaqueous electrolyte

1. Conway B.E. // J. Electrochem. Soc. 1991. Vol. 138. P. 1539.

2. Вольфкович Ю.М., Мазин В.М., Уриссон Н.А. Работа двойнослойных конденсаторов на основе углеродных электродов // Электрохимия. 1998. Т. 34. С. 825.

3. Чирков Ю.Г., Ростокин В.И. Компьютерное моделирование активных слоев двойнослойного суперконденсатора: гальваностатика, определение структурных параметров, расчет габаритных характеристик // Электрохимия. 2014. Т. 50 (1). С. 16-31.

4. Чирков Ю.Г., Ростокин В.И. Компьютерное моделирование активных слоев двойнослойного бипористого суперконденсатора: оптимизация режимов разряда и параметров структуры активного слоя, расчет габаритных характеристик // Электрохимия. 2014. Т. 50 (3). С. 235-250.

5. Чирков Ю.Г. Пористые электроды в электрохимических технологиях: компьютерное моделирование // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2014. № 9. С. 9-63.

6. Тарасевич Ю.Ю. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы. М.: Эдиториал УРСС, 2001.

7. Чирков Ю.Г. Теория пористых электродов: перколяция, расчет линий перколяции // Электрохимия. 1999. Т. 35. С. 1452.

8. Чирков Ю.Г., Ростокин В.И., Скундин А.М. Компьютерное моделирование работы положительного электрода литий-ионного аккумулятора: модель равновеликих зерен, перколяционные расчеты // Электрохимия. 2011. Т. 47. С. 77.

9. Даниель-Бек В.С. // ЖФХ. 1948. Т. 22. С. 697.

10. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Изд-во МГУ, Наука, 2004.

11. Горюнов А.Ф. Уравнения математической физики в примерах и задачах. М.: МИФИ, 2008.

12. Darling H.E. // J. Chem. Eng. Data. 1964. Vol. 9. P. 421.

13. Cirkov U.G. Teoria poristyh elektrodov: perkolacia, rascet linij perkolacii // Elektrohimia. 1999. T. 35. S. 1452.