Методика исследования

Железнение осуществляли в хлористом электролите [5], содержащем хлористое железо.

Покрытия получали методом гальвано-механического осталивания, при совместном осаждении и механической активации осаждаемого слоя.

Покрытия наносили на образцы, изготовленные из стали 30. Гальвано-механическое осталивание осуществляли согласно технологическим рекомендациям [5].

Микроструктуру покрытий изучали на образцах-шлифах (рис.2), используя микроскоп Альтами МЕТ 1С.

Особенности структуры и строения осадков выявляли химической обработкой образцов-шлифов растворами для травления (4 % раствор НNО₃ в спирте).

Результаты и их обсуждение

Гальвано-механическим осаждением получены покрытия, характеризующиеся различной твердостью и структурой.

Получены микроструктуры покрытия с увеличением до 1600 (рис. 3, 4).

Рис. 2. Схема образца-шлифа с исследуемыми зонами

Металлографическими исследованиями выявлено, что изменение плотности тока существенно влияет на формирование структуры осадка, которая изменяется от слоистой (рис. 3) до зернистой (рис. 4)

Рис. 3 х 1600 Рис. 4 х 1600

В соответствии с известными теориями кристаллизации [6-11] образование слоистых гальванических покрытий в хлористых, сульфатных и других электролитах обусловлено включением гидроокисей рН гидратообразования, особенно при наличии трехвалентного железа.

Слоистая структура электролитических сплавов возникает вследствие чередующегося обеднения прикатодного слоя ионами более электроположительного компонента, в результате чего достигается потенциал выделения более электроотрицательного компонента с одновременным диффузионным выравниванием концентрации ионов металла.

С ростом плотности тока, вследствие усиления адсорбции органических соединений и концентрационных ограничений по ионам металлов на катоде периодически формируются слои с большим содержанием гидроокисей. На их поверхности образуются слои поликристаллов с металлической структурой и значительно меньшим содержанием гидроокисей.

О циклическом характере процесса кристаллизации можно судить по выявленным характерным участкам (полосам) при химической обработке шлифов-образцов травителем 4% азотной кислоты в спирте.

Наличие слоистости негативно сказывается в процессе эксплуатации электролитических покрытий, так как изменения структуры по толщине ухудшают некоторые характеристики осадков, в частности, защитные.

Можно предположить, что при применении механического воздействия (активации) при электроосаждении, толщина полученных слоев будет меньше, чем если бы активацию не применяли, так как выглаживающий инструмент периодически действует на поверхность и возможно способствует перемешиванию электролита у катода, или даже частичному очищению прикатодного слоя от гидроокисей.

Как известно, дисперсность структуры электролитических покрытий зависит от природы осаждаемого металла и условий электролиза и определяется соотношением скоростей зарождения и роста кристаллитов. В тех случаях, когда скорость образования зародышей превалирует над скоростью их роста, на катоде формируются мелкокристаллические или ультрадисперсные осадки, как в случае рис. 4.

Размер зерна электроосажденных металлов в зависимости от их природы может изменяться в широких пределах от 10^-2 до 10^-7 см. Согласно электрохимическим и структурным критериям все металлы, осаждаемые из водных растворов простых солей подразделяются на три группы. Железо (Fe) относится к первой из них, характеризующейся высокой величиной перенапряжения катода (более 0,1 В) и мелкозернистой структурой покрытий (менее 10^-4 см).

Электроосаждение металлов первой группы происходит с высоким перенапряжением катода и в условиях выделения на катоде водорода, причем доля его может быть очень велика (до 85 %). Выделение водорода способствует активизации катода за счет десорбции инородных атомов и молекул с его поверхности. При этом увеличивается число активных центров зарождения кристаллитов и повышается вероятность зародышеобразования. В дальнейшем выделяющийся водород адсорбируется на зародышах ("барьер"), препятствуя их нормальному росту. Совокупность этих факторов обусловливает мелкокристаллическую структуру осадка.

Механическая активация также вносит свой вклад в получение мелкозернистых осадков: возможно, что удаление инородных атомов при активации выглаживающим инструментом идет более активно и число активных центров зарождения увеличивается.

При применении механической активации, возможно предположить, что размер получившегося зерна даже мельче, чем 10^-6-10^-7. Также можно предположить, что механическая активация настолько сильно влияет на зарождение центров, что в структуре возможны включения аморфной фазы.

Структура поверхности покрытия, полученного методом гальвано-механического осталивания, представлена на рис. 5. Подготовленный щлиф обрабатывали реактивом - 4% азотной кислотой в спирте и исследовали под металлографическим микроскопом (рис. 5 а) и стереомикроскопом (5 б).

Как видно из рис.5, структура поверхности трещиноватая. Это объясняется наличием внутренних напряжений и способом получения покрытия. Такая трещиноватая структура поверхности характерна для многих электролитических железных осадков и видна даже невооруженным глазом на гладкой поверхности покрытия.

Для нанесения покрытий с оптимальными функциональными характеристиками необходимо иметь четкие и по возможности полные представления об их структуре, которая является связующим звеном между задаваемыми условиями осаждения и свойствами получаемых покрытий.

Рис. 5. Микроструктура поверхности покрытия

Технологии гальвано-механического осталивания являются перспективным направлением восстановления размеров при ремонте изношенных крупногабаритных валов. По предварительной оценке опытных результатов, помимо восстановления размеров, гальвано-механическое осталивание благоприятно действует на сохранение остаточной усталостной прочности и долговечности валов.

Литература

1. Плешка, Е.Д. Исследование и разработка технологии восстановления автотракторных деталей железнением в метилсульфатно-хлористом электролите [Текст]: авторефер. дис. канд. техн. наук: / Е.Д. Плешка. - Кишинев, 1979. - 14с.

2. Плешка, Е.Д. Эффективность восстановления деталей в электролите повышенной стабильности [Текст]/ Е.Д. Плешка // Прогрессивные способы восстановления изношенных деталей машин: межвуз. сб. научных статей – Кишинев, 1983

3. Рекомендации по выполнению технологического процесса восстановления деталей типа «ось», «вал» электрическим железнением. М.: ГОСНИТИ, 1985.

4. Сидельникова, С П. Исследование процесса электрохимического осаждения железа из метилсульфатных электролитов [Текст]: автореф. дис. канд. хим. наук / С П. Сидельникова. - Кишинев, 1974. - 20 с.

5. Толчеев, А. В. Разработка технологии и установки для толстослойного восстановления деталей осталиванием [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.03.01 / А. В. Толчеев. - Воронеж, 2008. - 25 с.

6. Fiser, H. Elektrolitische Abscheidung und Elekrokistallisation von Metallen [Текст] / H Fiser. – Berlin: Springer - Verlag. 1954.

7. Антропов, Л.И. Теоретическая электрохимия [Текст] / Л.И. Антропов. - 4-е изд. - М.: Высшая школа, 1984. - 512 с.

8. Скорчеляети, В.В. Теоретическая электрохимия [Текст] / В.В. Скорчеляети. - Л.: Химия, 1970. - 608 с.

9. Лошкарев, Ю. М. Катодный процесс при электролизе растворов хлористого марганца [Текст] / Ю. М. Лошкарев // Гидрометаллургия хлоридов: сб.ст. - Киев, 1964.

10. Лошкарев, Ю.М. Теория и практика блестящих покрытий [Текст] / Ю.М. Лошкарев, Т.Ф. Дьяченко. - Вильнюс, 1963. - 263 с.

11. Ковенский, И.М. Металловедение покрытий [Текст]: учебник для вузов / И.М. Ковенский, В.В. Поветкин.- М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999. – 296 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 593.194

О.Г. Яцун, Б.А. Спиридонов

ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ВОДОРОДА

Рассмотрена возможность применения углеродных нанотрубок в качестве накопителей водорода, который может быть использован в топливных элементах

Известно, что основой современной энергетики являются природные ископаемые – уголь, природный газ и нефть. Однако бесконечно они не могут быть источниками энергии, поскольку увеличивается ее потребление, а запасы природных ископаемых истощаются. Кроме этого, применение таких источников энергии неизбежно ведет человечество к экологической катастрофе, так как создает условия для протекания негативных побочных процессов (парниковый эффект, озоновые дыры, кислотные дожди и т.д.). [1,2]. С учетом этого одним из приоритетов науки в настоящее время является поиск альтернативных возобновляемых и экологически чистых источников энергии.

Одним из наиболее перспективных источников химической энергии является водород, который в топливном элементе (ТЭ) прямо превращается в электричество. Топливный элемент состоит из двух электродов, и специального электролита, пропускающего ионы водорода между ними, но не пропускающего электроны. Водород направляется на анод, где он ионизируется. Свободные электроны движутся к катоду по внешней цепи, а ионы водорода диффундируют к катоду через электролит, где из этих ионов, электронов и кислорода образуются молекулы воды.

Водород обладает способностью к накоплению, что делает возможным расширенное применение альтернативных возобновляемых источников энергии, таких как ветровая, солнечная, геотермальная и др., поскольку может демпфировать неравномерность нахождения источников энергии.

Водород является энергоемким (плотность энергии на единицу массы составляет 141,9 МДж/кг) и экологически чистым энергоносителем, так как при его сжигании в ТЭ образуется только вода. Следует также отметить высокий КПД (40-70%) топливных элементов, мало зависящий от установленной мощности и нагрузки. ТЭ используют при создании автономных мобильных и стационарных источников энергии, применяемых в автомобилях. Основной задачей для широкого внедрения ТЭ на транспорте является создание малогабаритных аккумуляторов водорода, обеспечивающих пробег автомобиля несколько сот километров. Кроме этого, ТЭ нашли применение в производстве малогабаритных электронных устройств (сотовых телефонов, портативных ПК и др.).

Следует отметить, что переход к водородной энергетике требует решения целого ряда технических задач, связанных со свойствами водорода, которые препятствуют использованию его в ТЭ. Низкая плотность газообразного водорода (0,09 кг/м³), невысокая температура его сжижения, а также взрывоопасность вызывает необходимость в разработке эффективных и безопасных систем хранения водорода.

Для увеличения плотности водорода используют различные подходы, например, сжатие до сотен атмосфер, охлаждение его ниже температуры кипения (20 К), перевод в связанное состояние. Первые два подхода реализуются в физических методах, когда молекулы водорода не взаимодействуют со средой хранения, третий – в химических или в физико-химических методах (адсорбция, абсорбция, химическое взаимодействие), когда водород компактно “упакован” в материале хранения.

Физические методы хранения водорода в виде криогенной жидкости или сжатого газа обеспечивают эффективное аккумулирование водорода и связаны с экстремальными для данной техники техническими параметрами (давление газа до сотен МПа, температуры ниже температуры жидкого азота). Однако эти методы недостаточно экономически эффективны, удобны и безопасны. Более перспективными являются химические методы, в которых водород храниться в химически связанном виде, при этом процесс должен быть легко обратимым, а равновесные термодинамические параметры системы по возможности близки к комнатной температуре и атмосферному давлению.

Одним из химических методов хранения водорода является адсорбционный, при котором в качестве адсорбентов используют материалы, способные аккумулировать водород. Условно такие материалы разделяют по энергии связи. Наименьшая прочность связи характерна для физической адсорбции. Системы хранения водорода, основанные на физической сорбции, характеризуются высокими объемными и гравиметрическими плотностями при низком рабочем давлении, относительно дешевые и конструктивно простые. Однако их существенными недостатками являются небольшая емкость по водороду – от 1 до 4,5 % (масс.) и низкая температура сорбции (-273 К) и ниже (обычно это температура жидкого азота). В качестве сорбентов чаще всего используют цеолиты, металлоорганические каркасы, углеродные материалы, для которых основной проблемой при физической адсорбции является низкая энергия связи водорода поверхностью, что не обеспечивает удовлетворительную адсорбцию при температурах выше температуры жидкого азота. Поскольку физическая адсорбция осуществляется благодаря слабым ван-дер-вальсовым силам взаимодействия между адсорбатом и адсорбентом, то достигнуть насыщения можно только при низких температурах.

Наиболее привлекательными адсорбентами водорода являются различные углеродные материалы – активированные угли и графиты, пористые углеродные нити, наноуглеродные волокна и нанотрубки. Преимуществом таких материалов для хранения водорода являются большая удельная поверхность, пористая микроструктура, низкая плотность по сравнению с инерметаллидами, химическая устойчивость. Для этих материалов отмечается быстрая кинетика и полная обратимость адсорбции водорода, что свидетельствует о физическом взаимодействии. Однако при комнатной температуре графит имеет очень низкую емкость по водороду, что связано с сильным взаимодействием между графитовыми слоями, которое затрудняет диффузию водорода между ними.

В отличие от графита активированный уголь обладает большей емкостью по водороду емкостью (5-6% при 77 К). Существенным недостатком такого материала низкая температура сорбции (криогенные условия). При комнатной температуре уровень сорбции снижается до малоприемлемого для транспортных средств значения 0,5% при давлении 7,5 МПа.

Незначительно большей емкостью по водороду при комнатной температуре характеризуются углеродные нановолокна (УНВ) – 0,7% при давлении 10 МПа. Активация УНВ водяным паром позволяет увеличить сорбционную емкость до 3,5%..

Для хранения водорода более перспективными являются углеродные нанотрубки (УНТ), которые характеризуются высокой адсорбционной способностью и относительно небольшой массой. Одностеночные углеродные нанолтрубки (ОСУНТ) могут быть представлены в виде одномерной (1D) структуры, которая в отличие от молекулярного кластера фуллерена может рассматриваться как вырезанный из графитовой поверхности лист, свернутый в виде трубки [3]. В зависимости от способа сворачивания графитового листа можно получать различные структуры: кресельную, зигзагообразную, хиральную. Углеродные нанотрубки получают лазерным испарением, химическим осаждением паров, углеродной дугой. При синтезе углеродной дугой к электродам из углерода диаметром 5 – 20 мм, разнесенным на расстояние около 1 мм в потоке гелия при давлении 500 Торр прикладывается напряжение 20-25 В. Атомы углерода вылетают из положительного электрода и образуют нанотрубки на отрицательном. Для получения ОСУНТ в центральную область положительного электрода добавляют небольшие количества кобальта, никеля или железав качестве катализаторов. Если не использовать катализаторы, получаются вложенные или многослойные нанотрубки (МСУНТ), то есть нанотрубка внутри нанотрубки (рисунок) [4].

Подобно графиту ОСУНТ амфотерны и могут быть допированы донорами или акцепторами, которые вводятся в стенки трубки, удаляя или добавляя электроны к углеродным π-электронам проводящей зоны. Структура связок ОСУНТ имеет четыре места, где могут адсорбироваться молекулы газа: внешняя поверхность связки, желобки, образованные между контактами трубок на внешней поверхности, в самих внутренних полостях нанотрубок и во внутренних каналах, образованных тремя соседствующими нанотрубками. При оценке энергии связи адсорбированного водорода пренебрегают энергией аккомодации, и, таким образом, энергия связи Е_В в различных местах нанотрубок может быть записана в виде:

Е_{В каналов} > Е_{В желобков} Е_{В пор} > Е_{В поверхности}

Схема вложенных нанотрубок, когда одна трубка находится внутри другой

Проход молекул во внутренние каналы трубок осуществляется через открытые концы ОСУНТ или дефекты (дырки) в стенках трубок [3]. Имеются экспериментальные данные о том, что около 4,2 вес. % водорода может быть адсорбировано в ОСУНТ при комнатной температуре [5].

Следует отметить, что на величину сорбционной емкости таких материалов значительное влияние оказывают способы их получения, чистота, длина, диаметр, величина удельной поверхности, предварительная термическая и химическая обработка, чистота используемого водорода, а также метод измерения емкости [2]. Учитывая эти факторы, современные исследования направлены на повышение сорбционной емкости по водороду, что позволяет создавать более совершенные ТЭ.

Литература

1. Гольцов В.А. Водородная цивилизация будущего – новая концепция международной ассоциации водородной энергетики / Т.Н. Везироглу, Л.Ф. Гольцова // Вестник водородной экономики и экологии. - 2004. - № 2. - С.5-14.

2. Кулик О.П. Водородная энергетика: хранение и транспортировка водорода / О.П. Кулик, Л.И. Чернышов. - Киев: Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины, 2013. - 67 с.

3. Золотухин И.В. Углеродные нанотрубки и нановолокна: учеб. пос-е / И.В. Золотухин, Ю.Е. Калинин. Воронеж: ГОУВПО “Воронежский государственный технический университет”, 2006. - 228 с.

4. Пул Ч. Нанотехнологии / Ф. Оуэнс М.: Техносфера, 2006. -336 с.

5. Liu C., Fan Y.Y., Liu M. et all. Science, 1999. - V. 286 - P. 1127-1130.

Воронежский государственный технический университет

УДК 541.136; 544.636

М.Ю. Чайка, Д.Е. Силютин, В.С. Горшков, В.А. Небольсин,

А.В. Боряк

О зависимости электрических параметров суперконденсатора от природы наноструктурного углеродного материала

Исследовано влияние природы углеродного наноструктурного электродного материала на удельную емкость и электрическое последовательное сопротивление электрохимического суперконденсатора.

Уменьшение энергетической зависимости от ископаемого топлива обуславливает необходимость создания новых накопителей энергии с высокой удельной энергией и мощностью [1]. Электрохимическим источником тока, способным быстро накапливать и отдавать электрическую энергию, является электрохимический конденсатор (суперконденсатор), который обладает лучшими рекуперативными свойствами, обеспечивает высокую пиковую мощность, большое количество циклов «заряд-разряд», нулевое время готовности и др. [2]. Однако использование суперконденсаторов в качестве альтернативных аккумуляторам электрохимических накопителей энергии возможно при обеспечении высокой плотности запасаемой в них энергии. Решение данной проблемы возможно путем применения углеродных наноструктур в составе электродов суперконденсаторов. Перспективными материалами для создания электродов суперконденсаторов являются однослойные и многослойные углеродные нанотрубки, которые обладают высокоразвитой и доступной для ионов электролита поверхностью.^

Для исследований применялся нанопористый активный уголь марки Norit DLC Supra 30 (Нидерланды), многослойные углеродные нанотрубки (УНТ), синтезированные методом каталитического пиролиза ацетилена [3], и однослойные углеродные нанотрубки. Многослойные УНТ представляли собой наноразмерные нитевидные образования поликристаллического графита цилиндрической формы с внутренним каналом (рис. 1). Диаметр УНТ составлял 8-150 нм, длина от 2 мкм до 2 мм.

Рис. 1. Микрофотография многослойных углеродных нанотрубок, полученных методом каталитического пиролиза ацетилена

Основные физико-химические характеристики многослойных углеродных нанотрубок представлены в табл. 1.

Таблица 1

Физико-химические характеристики многослойных углеродных нанотрубок.

Параметр	Значение
Наружний диаметр, нм	8-150
Внутренний диаметр, нм	4-8
Длина, мкм	2 и более
Общий объем примесей, %	до 5
Насыпная плотность, г/см3	0.03-0.05
Удельная геометрическая поверхность, м2/г	300-320
Термостабильность, ºС	до 600

Однослойные УНТ были получены стандартным электродуговым методом. Нанотрубки имели узкое распределение по диаметру около среднего значения ~1.4 нм. В процессе предварительной очистки одностенные нанотрубки собираются в тяжи (пучки) диаметром от 2-3 нм до 100 нм и более и длиной от 1 мкм до 50 мкм. Такие тяжи в свою очередь формируют структуры с размером в поперечнике до 20-30 мкм. Удельная гидрофильная (смоченная водой) поверхность однослойных УНТ, составляла орядка 100 м²/г при полной поверхности однослойных УНТ около 500 м²/г [4].

Активный уголь марки Norit DLC Supra 30 имел основные физико-химические характеристики, представленные в табл. 2.

Таблица 2

Физико-химические характеристики активного угля

Norit DLC Supra 30.

Наименование показателя	Показатель
Размер частиц, мкм	13-20
Объем микропор, см3/г	0,61
Объем мезопор, см3/г	0,25
Удельная геометрическая поверхность, м2/г	1900
Массовая доля золы, %	2
Влажность, %	3

Для изготовления электродов суперконденсаторов исходные углеродные материалы на основе активного угля или УНТ смешивались с электропроводящим наполнителем (технический углерод, сажу и т.п.) и полимерным связующим на основе фторопластовой суспензии (поливинилиденфторида), а затем наносились на поверхность алюминиевой фольги. Смешение углеродного материала и электропроводящего наполнителя выполняли на вибрационной мельнице СВМ-3 в течение 15-40 мин. Для получения активной углеродной массы в сухую смесь углеродного материала и электропроводящего наполнителя вводили растворитель (изопропиловый спирт) и фторопластовую суспензию Ф-4.

Измерение эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) электродов на основе различных углеродных материалов проводили с помощью RLC-измерителя (потенциостатический режим, амплитуда 5 мВ, частота 1 кГц). Измерение удельной емкости электродов суперконденсаторов выполняли путем получения зарядно-разрядных кривых U_ном(t) изменения номинального напряжения на конденсаторе U_ном во времени t. Зарядно-разрядные кривые снимались в двухэлектродной ячейке, показанной на рис. 2а по схеме рис. 2б.

Рис. 2. Ячейка для электрохимических испытаний электродных материалов суперконденсаторов (а) и схема измерения емкости суперконденсатора (б)

Удельная емкость определялась по 10 циклам заряда-разряда, задаваемых циклятором при силе тока 50 мА и в интервале напряжений 0÷2.5 В. Перед измерением емкости определялась масса образца. Для этого подготовленные образцы высушивались на вакууме в течение 15 минут, затем взвешивались на аналитических весах и пропитывались электролитом на основе ацетонитрила и тетраэтиламмония тетрафторбората в течение 15 минут.

Расчет удельной емкости изготовленных электродов суперконденсатора производился по уравнению [5]

(1)

где I – ток заряда/разряда суперконденсатора; С_уд – удельная емкость суперконденсатора, Ф/г; m – масса образца, г; ∆t - время разряда суперконденсатора от U₁ = 2.5 В до U₂ = 0 В, с.

Результаты исследования влияния природы углеродного материала на величину ЭПС суперконденсатора с электродами на основе различных углеродных материалов показаны на рис. 3.

Рис. 3. ЭПС суперконденса-торного элемента с электродами на основе различных углеродных материалов: АУ - активный уголь; МУНТ - многослойные углеродные нанотрубки; ОСУНТ - однослойные углеродные нанотрубки

Из рис. 3 видно, что природа исследованных углеродных материалов, используемых для изготовления электродов суперконденсаторов, на величину ЭПС суперконденсатора влияет не существенно. Последовательное сопротивление обладает наименьшими значениями при использовании в качестве углеродного материала одностенных нанотрубок. Многослойные УНТ и активные угли различных марок формируют несколько большие величины ЭПС. В целом значения ЭПС электродов суперконденсаторов по порядку величины составляют от ~0.17 Ом до ~0.19 Ом.

Согласно выполненным исследованиям зависимости эквивалентного последовательного сопротивления от природы наноструктурного углеродного материала (рис. 3) установлено, что данный параметр суперконденсатора практически не зависит от типа углеродного композита в составе электродного материала. Согласно [6] в измеряемое эквивалентное последовательное сопротивление электрохимического конденсатора вносят вклад: электрическое сопротивление электродного материала; межфазное сопротивление между электродом и токоподводом; ионное (диффузионное) сопротивление движения ионов в микропорах; ионное сопротивление сепаратора; сопротивление электролита. Таким образом, электрическое сопротивление углеродного материала является одним из составляющих эквивалентного последовательного сопротивления электрохимического конденсатора. Однако эквивалентное последовательное сопротивление в основном может определяться иными факторами (например, сопротивление на границе углеродный материал/токоподвод), поэтому электрическое сопротивление электрода вносит незначительный вклад в общее сопротивление. Этим, вероятно, объясняется независимость ЭПС электрохимического конденсатора от природы углеродного материала. Основным фактором, определяющим ЭПС суперконденсатора, является сопротивление на границе углеродный материал/токоподвод. На данную величину оказывает влияние морфология углерода, размер частиц, наличие функциональных групп на поверхности углеродных частиц, чистота металлического токоподвода, природа и наличие полимерного связующего, форма электродов, конструкция суперконденсатора.

Рис. 4. Зарядно-разрядные кривые для электрода суперконденсатора на основе многослойных углеродных нанотрубок

Характерные зарядно-разрядные кривые для электродов на основе многослойных углеродных нанострубок представлены на рис. 4, для электродов на основе однослойных углеродных нанотрубок - на рис. 5, для активного угля - на рис. 6.

Рис. 5. Зарядно-разрядные кривые для электрода суперконденсатора на основе одностенных углеродных нанотрубок

Зарядно-разрядные кривые для всех типов углеродных материалов имеют линейный вид, что указывает на отсутствие фарадеевских процессов, протекающих при циклировании суперконденсатора. На основе зарядно-разрядных кривых была рассчитана удельная емкость электродов с различными элект-родными материалами, значения которой представлены на рис. 6.

Рис. 6. Удельная емкость электродов суперконденсатора на основе различных углеродных материалов: АУ - активный уголь; МУНТ - многослойные углеродные нанотрубки; ОСУНТ - однослойные углеродные нанотрубки

Из рис. 7 видно, что удельная емкость электродного материала на основе многослойных углеродных нанотрубок существенно меньше удельной емкости электродов на основе активного угля и однослойных углеродных нанотрубок, что связано с малой площадью поверхности МУНТ (табл. 1). Интересным является факт увеличения удельной емкости при переходе от активного угля к однослойным УНТ. Несмотря на более развитую поверхность активного угля (до 1900 м²/г), пористая структура оказывается недоступной для формирования двойного электрического слоя в результате ограниченной подвижности ионов в микропорах. Электроды суперконденсаторов на основе однослойных УНТ обладают максимальной удельной емкостью (до 83 Ф/г), что обусловлено доступной поверхностью для формирования двойного электрического слоя в сочетании с высокоразвитой поверхностью (до 500 м²/г).

Рис. 7. Удельная емкость электродов суперконденсатора на основе различных углеродных материалов: АУ - активный уголь; МУНТ - многослойные углеродные нанотрубки; ОСУНТ - однослойные углеродные нанотрубки