Графеновые материалы и композиты на их основе для высокоэффективных суперконденсаторов

Объект исследования - графеновые материалы, композиты на их основе, электроды и экспериментальные образцы суперконденсаторов (СК). Цель этапа 2016 г. - изготовление электродов СК из полученных графеновых материалов и композитов, испытание протонпроводящих мембран из бумаги оксида графена (ОГ), полученной осаждением из водной суспензии ОГ; сборка экспериментальных образцов суперкондесаторов, испытания эксплуатационных характеристик и выявление зависимости изменения выходных параметров экспериментальных образцов СК от химического состава материала электрода и материала сепаратора, выработка научно-технических основ создания СК с повышенными эксплуатационными характеристиками. В ходе выполнения этапа 2016 г. изготовлены и испытаны электроды различных составов: восстановленный оксид графена (ВОГ или ОГМВ), полианилин (ПАНИ), композиты ПАНИ-ОГ, ПАНИ-ОГМВ и Ni(OH)₂-ОГМВ. Проведены электрохимические испытания изготовленных электродов, и измерены циклические вольтамперограммы, заряд-разрядные кривые, зависимости удельной емкости от количества циклов и плотности тока. Изготовленные из бумаги ОГ сепараторы были успешно испытаны в специально собранных для этих целей ячейках СК. Показано, что данные сепараторы удовлетворяют требованиям низкой электрической проводимости и высокой ионной проводимости, а также обладают химической и электрохимической стабильностью в водном электролите. Экспериментальные образцы СК были выполнены по симметричной схеме с двумя одинаковыми электродами. Для измерения эксплуатационных характеристик (удельная емкость, циклическая стабильность, кулоновская эффективность) был использован испытательный стенд. Сравнительный анализ зависимости изменения выходных параметров экспериментальных образцов СК от химического состава материала электрода показал, что оптимальное сочетание удельной емкости, циклической стабильности и кулоновской эффективности продемонстрировали экспериментальные образцы СК, выполненные на электродах из композитов ПАНИ-ОГМВ. На основании результатов проведенных исследований были выработаны научно-технические основы создания СК с повышенными эксплуатационными характеристиками, работающими с кислотными электролитами в области напряжений до 0,8 В. Сформулированы основные требования к материалам электродов и к элементам оснастки СК.