Год издания: 2025
Ключевые слова: суперконденсатор, наноструктурные материалы, оксид молибдена, оксид кобальта, электрохимические свойства, дуговой разряд низкого давления
Аннотация: Электрохимические конденсаторы, также называемые суперконденсаторами, накапливают энергию, используя либо ионную адсорбцию (электрохимические конденсаторы с двойным слоем), либо быстрые поверхностные окислительно-восстановительные реакции (псевдоконденсаторы). Они могут дополнять или заменять батареи в приложениях для хранения и сбПоказать полностьюора электроэнергии, когда требуется высокая мощность или потребление. Заметное улучшение характеристик было достигнуто за счет недавних достижений в понимании механизмов накопления заряда и разработки усовершенствованных наноструктурированных материалов. Открытие того, что десольватация ионов происходит в порах меньшего размера, чем сольватированные ионы, привело к более высокой емкости электрохимических конденсаторов с двойным слоем, в которых используются угольные электроды с субнанометрическими порами, и открыло двери для разработки устройств с высокой плотностью энергии с использованием различных электролитов. Использование наноструктурных псевдоемкостных наноматериалов, включая оксиды, нитриды и полимеры, существенно улучшает производительность суперконденсаторов путем разработки новых материалов и углубленного понимания электрохимических процессов на наноуровне. Поскольку псевдоконденсаторы накапливают заряд в первые несколько нанометров от поверхности, уменьшение размера частиц способствует увеличению использование активного материала. Большая площадь поверхности наноструктур может увеличить площадь контакта электрода с электролитом и обеспечить больше электроактивных участков для окислительно-восстановительной реакции. Кроме того, большая пористость может предоставить множество каналов для быстрого переноса электронов и ионов и уменьшить искажение объема во время цикла, что, в свою очередь, увеличит срок службы. Электроактивные материалы в электродах являются фактором, который ключевым образом влияет на электрохимические свойства суперконденсаторов, следовательно, поиск высокоэффективных электродных материалов является основным вопросом при разработке суперконденсаторов. В настоящее время одними из перспективных материалов для создания суперконденсаторов являются оксиды кобальта и молибдена. Они обладают невысокой стоимостью, высокой электрохимической активностью и нетоксичностью, по сравнению с оксидами других переходных металлов. Однако, как было установлено ранее, свойства наноструктурных материалов завися от их метода получения. Ранее, наноструктурные материалы на основе оксидов кобальта и молибдена не получали вакуумно-дуговым распылением. В связи с этим, возникает задача по разработке метода вакуумно-дугового синтеза наноструктурных материалов на основе оксидов молибдена и кобальта. Изменение энергетического состояния частиц, в процессе реализации метода вакуумно-дугового распыления, позволит получать различные структуры конкретного материала от аморфных до кристаллических, при этом размеры, форма кристаллов будут меняться в зависимости от величины энергии. Таким образом, основной задачей данной работы является теоретическое и экспериментальное исследование влияния высокоэнергетических процессов в дуговом разряде низкого давления на структурные, электрофизические и электрохимические особенности синтезируемых наноструктур на основе оксидов кобальта и молибдена, а также возможности их использования в качестве электродных материалов в суперконденсаторах.