Электрохимические конденсаторы

В работе рассмотрена связь между пористой структурой, электронными свойствами нанопористого углерода и емкостью границы раздела его с электролитом. Определены предельные размеры пор, в которых преобладают процессы емкостного и псевдоемкостного накопления заряда. Теоретический анализ процессов, которые происходят на границе нанопористого углерода с электролитом, дал возможность определить интеркаляционную природу псевдоемкости и найти критерии ее проявления в виде формирования непрерывного ряда валентностабильных интеркалатных фаз.

Исследован уровень безопасности промышленных образцов малогабаритных литий-ионных аккумуляторов с положительным электродом из кобальтата лития (LiCoO₂) в условиях перезаряда. Рассмотрены условия и вероятный механизм автокаталитического возрастания температуры и повышения давления внутри литий-ионного аккумулятора.

Рассмотрено прикладное использование суперионных проводников в твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ). Перспективным направлением является распределенная энергетика. Электрохимические генераторы тока приходят к непосредственному потребителю электроэнергии, который эксплуатирует их в соответствии с собственным графиком потребления электроэнергии, что приводит к разумному энергосбережению и к экономному использованию топлива. ТОТЭ имеют высокий КПД прямого преобразования химической энергии топлива в электричество.

Гидрометаллургическая переработка железо-кадмиевых масс, извлеченных из отрицательных электродов отработанных щелочных аккумуляторов, прошла апробацию в опытно-промышленном масштабе на Ленинск-Кузнецком заводе «Кузбассэлемент» (ЗАО «Кузбассэлемент»). Предлагаемая технология позволяет возвратить в производство щелочных аккумуляторов основные компоненты катодных масс – гидрооксид (оксид) кадмия и оксид железа.

Изучено поведение электрохимических систем, организованных путем непосредственного контакта анода – щелочного металла Li и катода – органического полупроводника, выбранного из ряда тиопирилиевых и пиридиниевых гетероциклических соединений. Обнаружено, что при контакте формируется переходный слой – электронный диэлектрик, обеспечивающий стабильное значение ЭДС и выполняющий функции униполярного проводника по ионам Li ⁺ в электрическом поле.

Проведены исследования методом хронопотенциометрии переходных процессов на границе литий – гексахлорстаннат тиопирилия. Обнаружено образование интерфазных слоев с зернистой структурой. Образование таких слоев может контролировать кинетику анодных и катодных процессов. Переходный слой выполняет функции униполярного проводника по ионам Li ⁺ в электрическом поле и адекватно описывается моделью токов, ограниченных пространственным зарядом (ТОПЗ).

Разработан комплекс оборудования, который позволяет изготавливать положительную активную массу для ламельного оксидноникелевого электрода с минимальными потерями дорогостоящего сырья. Значительно улучшены условия труда персонала на участке приготовления активных масс. Путем механизации основных операций уменьшены материальные и трудовые затраты. Реализованный подход обеспечил существенное снижение себестоимости никель-кадмиевых аккумуляторов, выпускаемых ОАО «Завод АИТ».

Представлены результаты исследования выхода по току реакций батарейного формирования стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей по ускоренной технологии, рассчитанной на 16 часов формирования. Показано, что преобразование основных сульфатов свинца (II) в активную массу на электродах идет преимущественно в первые 3 ч формирования; преобразование нейтрального сульфата свинца (II) в активную массу идет преимущественно в период между 3 и 6 ч формирования; после 6–7 ч формирования доминирующей становится реакция электролиза воды с выделением газов.

Синтезированы и исследованы новые твердые электролиты с высокой литий-катионной проводимостью на основе ортогерманата лития в системе Li_{4 - x - 3y}Al_yGe_{1 - x}P_xO₄. Электролиты имеют каркасную структуру типа ?-Li₃PO₄. Введение ионов Al^{3 +} ведет к увеличению проводимости электролитов по сравнению с базисной системой Li₄GeO₄– Li₃PO₄. Рассматриваются факторы, влияющие на транспортные свойства исследованных суперионных проводников.

С применением расчетных методов найдены термодинамические свойства (S⁰₂₉₈, H⁰₂₉₈-H⁰₀, ?H⁰₂₉₈, c_p(T)) для оксидов кобальта Co₂O₃, CoO₂ и LiCoO₂. Полученные значения могут быть использованы для расчетов физико-химических свойств систем, компонентами которых являются указанные соединения.