Хімія, фізика та технологія поверхні, 2023, 14 (4), 555-560.

Комбінування поверхні з об’ємом: гібриди суперконденсаторів з Li-іонними акумуляторами



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp14.04.555

Y. A. Maletin, S. I. Chernukhin, N. G. Stryzhakova, S. G. Kozachkov

Анотація


Як виявилося, правильна комбінація Li-іонних і суперконденсаторних компонентів як у позитивному, так і в негативному електродах, а також в електроліті може значно покращити характеристики такого гібридного джерела живлення в порівнянні з «батьківськими» системами. У той час як Li-іонні компоненти забезпечують велику об’ємну енергію, висока площа поверхні нанопористого вуглецю, запозичена з технології суперконденсаторів, забезпечує швидкий заряд-розряд відповідного подвійного електричного шару та полегшує процеси інтеркаляції-деінтеркаляції в Li-іонних компонентах. Ця повна гібридизація системи може збільшити питому енергію в 10 разів, ніж суперконденсатор, зберігаючи при цьому відносно високу питому потужность, тривалий термін служби та характеристики швидкої зарядки суперконденсаторів. Крім того, криві заряд-розряд і низькі струми саморозряду стають подібними до Li-іонних акумуляторів. Такі джерела живлення з питомою енергією понад 60 Вт·год/кг, з можливістю повного заряду протягом 5–6 хвилин і понад 30 тисяч повних циклів заряду-розряду можуть успішно використовуватися, наприклад, в міському транспорті або робототехніці на складах, де довжина пробігу після одного заряду є менш критичною, ніж можливість швидкої зарядки, тривалий термін служби та безпека експлуатації. У статті розглядаються методи повної гібридизації та досягнуті характеристики електрохімічних систем «суперконденсатор і        Li-ion акумулятор». Особливу увагу приділено «взаємодії» поверхні активованого вугілля з каналами в об’ємі літiйованого металооксидного матеріалу електродів для прискорення зарядно-розрядних процесів.


Ключові слова


суперконденсатори; Li-іонні батареї; гібридизація; висока енергія та потужність; швидка зарядка

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


1. Miller J.R., Butler S.M. Electrical characteristics of large state-of-the-art electrochemical capacitors. Electrochim. Acta. 2019. 305: 1. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.03.021

2. Cericola D., Kotz R. Hybridization of Rechargeable Batteries and Electrochemical Capacitors: Principles and Limits. Electrochim. Acta 2012. 72: 1. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.03.151

3. https://www.jsrmicro.be/emerging-technologies/lithium-ion-capacitor/products/ultimo-lithium-ion-capacitor-prismatic-cell

4. Gong A., Palmer J.L., Verstraete D. Flight test of a fuel-cell/battery/supercapacitor triple hybrid UAV propulsion system. In: Proc. 31st Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences 2018. Belo Horizonte, Brazil.

5. Maletin Y.A., Stryzhakova N.G., Zelinskyi S.O., Chernukhin S.I. Energy storage technologies based on electrochemical double layer capacitors: a review. Theor. Exp. Chem. 2021. 57(5): 311. https://doi.org/10.1007/s11237-021-09700-7

6. Chernukhin S.I., Tretyakov D.O., Sidorov D.A., Prysyazhny V.D. Materials of the X Intern. Conf. "Fundamental Problems of Energy Conversion in Lithium Electrochemical Systems" Saratov, RF. 2008: 214. [in Russian].

7. Patent Application US 2014/0085773 A1. Chernukhin S., Tretyakov D., Maletin Y. Hybrid Electrochemical Energy Storage Device. 2014.

8. Christen T., Carlen M.W. Theory of Ragone plot. J. Power Sources. 2000. 91(2): 210. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(00)00474-2

9. International Standard IEC 62391 Fixed electric double-layer capacitors for use in electronic equipment - Part 1: Generic specification.




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp14.04.555

Copyright (©) 2023 Y. A. Maletin, S. I. Chernukhin, N. G. Stryzhakova, S. G. Kozachkov

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.