Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Фролов Георгий Александрович — канд. хим. наук, доцент кафедры физической химии
4-1 Leninskiy Ave., Moscow 119049
Georgi A. Frolov — Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor of the Department of Physical Chemistry
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Кан Олег Игоревич – аспирант кафедры физической химии
4-1 Leninskiy Ave., Moscow 119049
Oleg I. Kan — Postgraduate Student of the Department of Physical Chemistry
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Нгуен Киен Тхач — аспирант кафедры физической химии
4-1 Leninskiy Ave., Moscow 119049
Nguyen K. Thach — Postgraduate Student of the Department of Physical Chemistry
В статье приведены сравнения электрических характеристик ячеек суперконденсаторов с исходными электродами и модифицированными наночастицами тантала и выдвигается гипотеза о механизме, влияющем на изменение исходных электрических характеристик материала. По сравнению с электродами из исходных материалов, электрод модифицированный наночастицами тантала имеет заметно лучшие электрические характеристики. В частности, удельная ёмкость модифицированного материала стабильно превышает исходную на протяжении 5000 циклов: на 13% (119 Ф/г против 104 Ф/г) к 1000 циклу, на 20% (112 Ф/г против 90 Ф/г) к 2000 циклу, на 33% (111 Ф/г против 74 Ф/г) к 3000 циклу, на 63% (107 Ф/г против 40 Ф/г) к 4000 циклу и в 37.7 раза (113 Ф/г против 3 Ф/г) к 5000 циклу.
Существенно снизилось и электрическое сопротивление. К 1000 циклу сопротивление при разряде модифицированного электрода составило 0,3 Ом против 0,5 Ом у исходного (снижение на 40%). К 5000 циклу разница стала более выраженной: 0,3 Ом у модифицированного против 3,5 Ом у исходного (снижение в 11,7 раз). Аналогичная тенденция наблюдается и для сопротивления при заряде: 0,3 Ом против 0,6 Ом (снижение на 50%) к 1000 циклу и 0,3 Ом против 3,0 Ом (снижение в 10 раз) к 5000 циклу. Важно отметить, что сопротивление модифицированного электрода оставалось стабильным на уровне 0,3 Ом как при заряде, так и при разряде на протяжении всего тестирования до 5000 циклов.
На основании полученных результатов была выдвинута гипотеза о влиянии наночастиц тантала на электрические характеристики исследуемого активного углеродсодержащего материала на основе ткани ХБ. Наночастицы тантала, попадая в структуру материала, принимают участие в передаче электрических зарядов, снижая электрическое сопротивление материала и тем самым, повышают его удельную ёмкость. Они формируют стабильные дополнительные пути переноса зарядов. Это в свою очередь приводит к значительному и устойчивому снижению общего электрического сопротивления электрода (как при заряде, так и при разряде) и, как следствие, к существенному повышению удельной ёмкости и исключительной стабильности циклирования модифицированного материала.
The article presents comparisons of the electrical characteristics of supercapacitor cells with initial electrodes and modified tantalum nanoparticles and hypothesizes on the mechanism influencing the change in the initial electrical characteristics of the material. Compared to electrodes made from raw materials, the electrode modified with tantalum nanoparticles has noticeably better electrical characteristics. In particular, the specific capacity of the modified material consistently exceeds the initial capacity for 5,000 cycles: by 13% (119 F/g versus 104 F/g) by 1000 cycles, by 20% (112 F/g versus 90 F/g) by 2000 cycles, by 33% (111 F/g versus 74 F/g) to the 3000 cycle, by 63% (107 F/g versus 40 F/g) to the 4000 cycle and by 37.7 times (113 F/g versus 3 F/g) to the 5000 cycle. Electrical resistance has also decreased significantly. By cycle 1000, the discharge resistance of the modified electrode was 0.3 ohms versus 0.5 ohms for the original one (a 40% decrease). By cycle 5000, the difference became more pronounced: 0.3 ohms for the modified versus 3.5 ohms for the original (a decrease of 11.7 times). A similar trend is observed for charge resistance: 0.3 ohms versus 0.6 ohms (a 50% decrease) by 1000 cycles and 0.3 ohms versus 3.0 ohms (a 10-fold decrease) by 5000 cycles. It is important to note that the resistance of the modified electrode remained stable at 0.3 ohms during both charge and discharge throughout the entire test for up to 5,000 cycles. Based on the results obtained, a hypothesis was put forward about the effect of tantalum nanoparticles on the electrical characteristics of the studied active carbon-containing material based on CB fabric. Tantalum nanoparticles, entering the structure of the material, participate in the transfer of electric charges, reducing the electrical resistance of the material and thereby increasing its specific capacity. They form stable additional charge transfer pathways. This, in turn, leads to a significant and steady decrease in the total electrical resistance of the electrode (both during charging and discharge) and, as a result, to a significant increase in specific capacity and exceptional cycling stability of the modified material.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.