доктор химических наук;
doctor of chemical sciences;
аспирант химических наук;
graduate student of chemical sciences;
доктор химических наук;доктор химических наук;
doctor of chemical sciences;doctor of chemical sciences;
Изучен процесс формирования на поверхности металлизированных титаном углеродных тканей электрохимически активных покрытий на основе различных титанатов в ходе последовательной химической обработки в концентрированных водных растворах кислоты, щелочи и сульфата марганца, а также дополнительной термической обработки полученных покрытий в атмосфере аргона. Изучены состав и структура покрытий, на различных этапах термохимической обработки. Показано, что оптимальным является режим химической обработки металлизированной титаном углеродной ткани с использованием растворов HCl (1М, 3 мин), КОН (6М, 5 мин) и MnSO4 (0,02М, 30 мин). При этом, при увеличении времени обработки в растворах кислоты и щелочи, происходит частичное или полное растворение металлического покрытия. Выявлено, что в результате обжига в инертной атмосфере (Ar) аморфные пленки, полученные в результате предварительной химической обработки титанового покрытия, приобретают однородную кристаллическую структуру голладитоподобного твердого раствора KxMnyTi8-yO16 с примесью гексатитаната калия (K2Ti6O13). Керамическое покрытие, имеющее более однородную структуру, может быть полученов результате термической обработки при 950 оС. Методами импедансной спектроскопии исследованы электрофизические свойства полученных гибридных электродных материалов в составе макетных образцов суперконденсаторов с 5% водным раствором KCl, использованным в качестве электролита. Показано, что спектры импеданса исследованных модельных суперконденсаторных ячеек, в диапазоне частот от 30 Hz до 3 MHz демонстрируют поведение, характерное для ионно-проводящих материалов с выраженной не идеальностью ёмкостного отклика. С использованием эквивалентной схемы, предложенной для интерпретации полученных результатов исследованных электрохимических систем, показано, что у гибридных электродных материалов, полученные в результате химической и термической обработки существенную роль играют диффузионные процессы переноса заряда. Методом циклической вольтамперометрии показано, что в результате формирования электрохимически активного покрытия - окно потенциалов макетных образцов суперконденсаторов увеличивается от 1,5 до 2 В. При этом, удельная энергоемкость конденсаторной ячейки возрастает от 12,9 до 16,7 мА·ч/г.
The formation of electrochemically active coatings based on various titanates on the surface of titanium-metallized carbon fabrics was studied using sequential chemical treatment in concentrated aqueous solutions of acid, alkali, and manganese sulfate, as well as additional heat treatment of the resulting coatings in an argon atmosphere. The composition and structure of the coatings obtained were studied at various stages of thermochemical treatment. It was shown that the optimal chemical treatment regime for titanium-metallized carbon fabrics included a use of HCl (1 M, 3 min), KOH (6 M, 5 min), and MnSO4 (0.02 M, 30 min) solutions. With increasing treatment time in acid and alkali solutions, partial or complete dissolution of the metal coating occurred. It was found that, as a result of firing in an inert atmosphere (Ar), amorphous films obtained after preliminary chemical treatment of the titanium coating acquired a homogeneous crystalline structure of the hollandite-like solid solution KxMnyTi8-yO16 with an admixture of potassium hexatitanate (K2Ti6O13). A ceramic coating with a homogeneous structure could be obtained as a result of heat treatment at 950 °C/0,5h. Impedance spectroscopy was applied to study the electrical properties of the obtained hybrid electrode materials in the composition of prototype supercapacitor samples with a 5% KCl aqueous solution used as an electrolyte. It was shown that the impedance spectra of the studied model supercapacitor cells, in the frequency range from 30 Hz to 3 MHz, exhibited behavior characteristic of ion-conducting materials with a pronounced non-ideality of the capacitive response. Using an equivalent circuit proposed for interpreting the results obtained from the studied electrochemical systems, it was demonstrated that diffusion charge transfer processes play a significant role in hybrid electrode materials obtained as a result of chemical and thermal treatment. Cyclic voltammetry demonstrated that the formation of an electrochemically active coating increased the potential window of the supercapacitor prototypes from 1,5 to 2 V. The specific energy capacity of the capacitor cell increased from 12.9 to 16.7 mA∙h/g at a scanning rate of 10 mV/s.