К Оценке Лиофильности Углеродных Материалов Для Электродов Суперконденсаторов

Abstract

Экспериментально измерены теплоты смачивания для некоторых растворителей, используемых для приготовления электролитов суперконденсаторов. Впервые измерена теплота смачивания для нового пер-спективного растворителя -трибутилфосфата. На примере ацетонитрила методом SERS (SERS -эффект гигантского усиления рассеяния проводящей поверхностью) исследована возможная ориентация молекулы у адсорбирующей поверхности. Получены расчетные оценки для величин, найденных в эксперименте.Межфазные взаимодействия играют важную роль во множестве процессов, используемых в различных тех-нологиях. Понимание механизмов и знание параметров взаимодействия частиц с поверхностью необходимы для успешного создания ряда устройств.Суперконденсаторы -современные устройства, ис-пользующие накопление в двойном электрическом слое (ДЭС или EDCL в англоязычной литературе) на границе фаз, различающихся природой носителей заряда [1]. Наи-более энергоемкие суперконденсаторы, выпускаемые в настоящее время промышленно [2], используют границу углерод−электролит (ионный проводник). В качестве среды с ионной проводимостью используются растворы специальных солей в апротонных диполярных раство-рителях (АДР). В качестве последних наиболее часто применяются ацетонитрил (АН) и пропиленкарбонат (ПК), так как суперконденсаторы на их основе до-пускают относительно высокие напряжения зарядки -порядка 3−3.5 V.Разработка новых и совершенствование существую-щих образцов суперконденсаторов требуют понимания поведения электролита на поверхности электродного материала, процессов, происходящих при зарядке и разрядке ДЭС. Однако свойства пористых углеродных материалов, используемых из-за их большой удельной площади в качестве электродов, крайне затрудняют экс-периментальные исследования. Эти материалы обладают высокой электропроводностью и сильным оптическим поглощением, что практически исключает возможность измерений в порах микронного и субмикронного раз-мера, в которых, собственно, и формируется гигантская емкость суперконденсаторов.Одним из важнейших факторов, определяющих эф-фективность суперконденсатора, является степень ис-пользования внутренней поверхности пор, что в свою очередь определяется смачиваемостью конкретного по-ристого электродного материала конкретным электро-литом. Известный способ характеризации смачивания по величине краевого угла капли [3] в данном случае представляется малоприменимым, поскольку он осуще-ствим лишь на макроскопических открытых поверхно-стях. В настоящей работе теоретически и эксперимен-тально исследованы факторы, связанные с процессом смачивания углеродного материала указанными выше растворителями электролитов. В качестве углеродного материала электродов в работе использовался широко применяемый для этих целей наноуглеродный материал Norit DLC Supra 30 (удельная площадь поверхности 1900 m 2 /g).В качестве параметра, характеризующего лиофиль-ность (смачиваемость), была выбрана теплота смачи-вания. Величина теплоты смачивания определялась в лабораторном калориметре специальной конструкции. Ампула с растворителем (электролитом) объемом 1...