Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки
RUS  ENG    ЖУРНАЛЫ   ПЕРСОНАЛИИ   ОРГАНИЗАЦИИ   КОНФЕРЕНЦИИ   СЕМИНАРЫ   ВИДЕОТЕКА   ПАКЕТ AMSBIB  
Общая информация
Последний выпуск
Архив
Правила для авторов

Поиск публикаций
Поиск ссылок

RSS
Последний выпуск
Текущие выпуски
Архивные выпуски
Что такое RSS



Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки:
Год:
Том:
Выпуск:
Страница:
Найти






Персональный вход:
Логин:
Пароль:
Запомнить пароль
Войти
Забыли пароль?
Регистрация


Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки, 2014, выпуск 4, страницы 164–175 (Mi ivpnz328)  

Физика

Экспериментальные исследования токов заряда-разряда в суперконденсаторах

А. С. Амброзевич, Р. Т. Сибатов, В. В. Учайкин, Е. В. Морозова

Ульяновский государственный университет, Ульяновск
Список литературы:
Аннотация: Актуальность и цели. Суперконденсаторы - это устройства накопления электрической энергии, которые находят практическое применение в различных системах: в ветряных турбинах, фотовольтаических системах, биомедицинских сенсорах, гибридных машинах и электромобилях. Эти электрохимические устройства представляют собой конденсаторы с органическим или неорганическим электролитом, в которых двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита выступает в роли «обкладок». Для увеличения площади двойного электрического слоя используют электроды с высокоразвитой поверхностью, изготовленные из пористых материалов на основе активированного угля или вспененных металлов. Также электроды предлагалось создавать на основе активированных пленок углеродных нанотрубок, оксида графена и других материалов. Малая толщина двойного электрического слоя, сравнимая с размерами молекул растворителя (5-10 нм), а также большая площадь поверхности электродов обеспечивают большую емкость, малые по сравнению с аккумуляторами времена заряда и высокую удельную плотность накапливаемой энергии. Существует необходимость в разработке уточняющих моделей и методов диагностики суперконденсаторов. Материалы и методы. Исследована кинетика токов заряда-разряда в образцах двухслойных суперконденсаторов фирмы Panasonic с номинальной емкостью 0,22 Ф в широком диапазоне времен от 0,1 до 10$^4$ c. В них используется органический электролит, а в качестве электродов - активированный уголь в виде мелкодисперсной фракции. Релаксация тока анализировалась с помощью модели линейного отклика. Проведены измерения по циклической зарядке постоянным током, на основе которых рассчитаны зависимости емкости и внутреннего сопротивления суперконденсатора от напряжения. Исследовано влияние температуры, внешнего напряжения и предыстории зарядки на характеристики суперконденсатора. Результаты. Релаксация в исследуемых суперконденсаторах недебаевская. На малых временах зависимость тока от времени близка к закону растянутой экспоненты $i(t) \infty exp(-t^\beta / \tau^\beta)$, где $\beta$ принимает значения в диапазоне от 0,5 до 0,7. Для саморазряда характерно $\beta$=0,5. На больших временах асимптотика кинетических кривых степенная $i(t) \infty t^{-\alpha}$, при этом $\alpha$ принимает значения в диапазоне от 0,8 до 1,2. Рост температуры приводит к уменьшению внутреннего сопротивления, что сказывается на изменении показателя степенного закона и тенденции к сквозной проводимости, а также уменьшении масштабного параметра закона растянутой экспоненты. Вычислены зависимости емкости и внутреннего сопротивления суперконденсатора от напряжения по кривым циклической зарядки постоянным током. Выводы. В отличие от обычных конденсаторов, реакция исследуемого суперконденсатора (при рабочих напряжениях 3-5 В) на вариации режима зарядки не согласуется с теорией линейного отклика. Наблюдаемые зависимости емкости и внутреннего сопротивления суперконденсатора от напряжения объясняются включением дополнительных перколяционных путей и изолированных пор в процесс релаксации при повышении напряжения. Свойства суперконденсатора вследствие длительных перезарядок ухудшаются: снижается емкость и увеличивается внутреннее сопротивление. Зависимости емкости от напряжения для новых конденсаторов A и B практически совпадают, хотя $r(U)$ различаются. Мы связываем это различие с большей чувствительностью эффективного сопротивления (нежели емкости) к случайным реализациям пористых электродов.
Ключевые слова: суперконденсатор, кинетика токов заряда-разряда, релаксация тока, кривые циклической зарядки.
Финансовая поддержка
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках государственного задания 2014/296.
Тип публикации: Статья
УДК: 538.956
Образец цитирования: А. С. Амброзевич, Р. Т. Сибатов, В. В. Учайкин, Е. В. Морозова, “Экспериментальные исследования токов заряда-разряда в суперконденсаторах”, Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки, 2014, № 4, 164–175
Цитирование в формате AMSBIB
\RBibitem{AmbSibUch14}
\by А.~С.~Амброзевич, Р.~Т.~Сибатов, В.~В.~Учайкин, Е.~В.~Морозова
\paper Экспериментальные исследования токов заряда-разряда в суперконденсаторах
\jour Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки
\yr 2014
\issue 4
\pages 164--175
\mathnet{http://mi.mathnet.ru/ivpnz328}
Образцы ссылок на эту страницу:
  • https://www.mathnet.ru/rus/ivpnz328
  • https://www.mathnet.ru/rus/ivpnz/y2014/i4/p164
  • Citing articles in Google Scholar: Russian citations, English citations
    Related articles in Google Scholar: Russian articles, English articles
    Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки
     
      Обратная связь:
     Пользовательское соглашение  Регистрация посетителей портала  Логотипы © Математический институт им. В. А. Стеклова РАН, 2024