See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF9184
ETF9184 "Vesilahustel ja optimeeritud karakteristikutega mikro/mesopoorsetel süsinikmaterjalidel põhinevate superkondensaatorite väljatöötamine ja testimine (1.01.2012−31.12.2015)", Jaanus Eskusson, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Keemia Instituut.
ETF9184
Vesilahustel ja optimeeritud karakteristikutega mikro/mesopoorsetel süsinikmaterjalidel põhinevate superkondensaatorite väljatöötamine ja testimine
Development and testing of supercapacitors based on aqueous electrolytes and micro/mesoporous carbon materials with optimised characteristics
1.01.2012
31.12.2015
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP401 Elektrokeemia 1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)100,0
PerioodSumma
01.01.2012−31.12.201217 400,00 EUR
01.01.2013−31.12.201317 400,00 EUR
01.01.2014−31.12.201417 400,00 EUR
01.01.2015−31.12.201517 400,00 EUR
69 600,00 EUR

Projekti peamine eesmärk on välja töötada vesilahustel põhinevatel elektrolüütidel sümmeetrilisi ja asümmeetrilisi efektiivseid superkondensaatoreid (SK). Analüüsitakse elektroodi materjalide karakteristikute (spetsiifiline eripind, poori suuruse jaotus) ja elektrolüütide keemilise koostise mõju osalisele laenguülekandele, Gibbsi adsorptsioonile ja adsorptsiooni kineetikale. Parimate karakteristikutega superkondensaatoritele teostatakse pikaaegsed eluea testid. Uudsete mikro- ja mesopoorsete ning osaliselt grafitiseeritud karbiidset päritolu süsinikmaterjalide ning tööstuslike süsinikkangaste pooride suuruse jaotuse ja spetsiifilise eripinna optimeerimiseks kasutatakse gaasi- või vedelas faasis (CO2, CO, O2, NH3, H2O, H2O2 ja KOH) töötlemise meetodeid. Saadud süsinikmaterjalide karakteriseerimiseks kasutatakse Raman spektroskoopia, XRD, FTIR, XPS and XAS võimalusi. Spetsiifilise eripinna, pooride jaotusfunktsiooni, mikro/mesopoorsuse suhte ja poori ruumala arvutamiseks kasutatakse Brunauer-Emmett-Telleri (BET) jt. meetodeid. Kasutades pilukujuliste pooride mudelit analüüsitakse temperatuuri ja järeltöötluse mõju pooride suurusele. Detailsemaid analüüse teostatakse SAXS ning neutron difraktsioon uurimismeetotidega, kasutades samaaegselt erinevaid teoreetilisi lähendusi. Töötatakse välja sünteesi meetod grafeenikihi tekitamiseks elektroodi pinnale selle juhtivuse parandamiseks. Erinevatel vesilahus-elektrolüütidel (LiNO3, Li2SO4, Na2SO4, KI, KBr, Rb2SO4, KOH, KNO3 jne.) kasutatakse asümmeetrilise superkondensaatori negatiivse elektroodi kineetika uurimiseks T > 1200 C sünteesitud suurema grafiidi mikrokihtide sisaldusega mikro ja mesopoorset süsinikmaterjali. Ideaalse polariseeritavuse ala, piirilise mahtuvuse ja takistuse, energia- ja võimsustiheduse määramiseks kasutatakse elektrokeemilist impedantsspektroskoopiat. Tulevikus töötatakse välja hierarhiline mudel, mis hõlmab mikro/mesopoorsetel ja osaliselt grafitiseeritud karbiidset päritolu süsinikmaterjalidel ja süsinikkangal põhinevatel elektroodidel toimuvaid protsesse. Energiatiheduse edasiseks suurendamiseks töötatakse välja pöörduvatel ja kvaasipöörduvatel faradi pinnareaktsioonidel põhinevaid asümmeetrilisi superkondensaatoreid.
The main aim of this project is to develop symmetric and asymmetric aqueous electrolytes based effective supercapacitor (SC) cells. Influence of the characteristics of electrode materials (specific surface area, pore size distribution) and chemical composition of electrolytes on the partial charge transfer, Gibbs adsorption and adsorption kinetics will be analysed. Long-lasting testing of the more elaborated SC cells will be made. New micro- and mesoporous and partially graphitizised carbide derived carbon powders and different commercial carbon cloths will be modified using gas- or liquid-phase treatment (CO2, CO, O2, NH3, H2O, H2O2 and KOH) methods to optimize the pore size distribution and specific surface area. The results obtained will be compared with the corresponding Raman, XRD, surface normalized Fourier transformed infrared and X-ray photoelectron and X-ray absorption spectroscopy data. The specific surface area, pore size distribution (PSD), ratio of micro/mesopore surface area, and volume for porous carbons will be calculated using Brunauer-Emmett-Teller (BET) equation as well as other models. The influence of treatment and temperature on PSD will be analyzed assuming the slit shape pore model. For more detailed analysis, various theoretical approximations will be used and analyzed simultaneously with the small angle X-ray spectroscopy and neutron diffraction methods. Synthesis methods for preparation of graphene layers onto the electrode surface particles will be developed. Micro-and mesoporous carbons with increased amount of graphite microlayers, synthesized at T > 1200 C, will be used for the asymmetric SC negative electrode kinetic tests in various aqueous electrolytes (LiNO3, Li2SO4, Na2SO4, KI, KBr, Rb2SO4, KOH, KNO3 etc.). Electrochemical impedance spectroscopy will be used to obtain the region of ideal polarisability, limiting capacitance and resistance, energy and power densities. The hierarchical model for porous solid will be developed future for the overwhelming theoretical and experimental analysis of the processes occurring inside/at modified micro- and mesoporous and partially graphitizised carbide derived carbons and carbon cloth electrodes. The development and application of aqueous asymmetric SCs based on the reversible or quasireversible faradic surface reactions will be developed and tested with the main aim to increase the energy density of SCs.
Projekti raames arendati vesi- ja mittevesilahustel põhinevaid efektiivseid superkondensaatoreid. Uuriti hübriidseid vesilahustel põhinevaid elektrolüüte laiades potentsiaalide vahemikes. Uuriti erinevaid lisandeid mittevesilahustel põhinevate superkondensaatorite energia- ja võimsustiheduse tõstmiseks. Leiti, et fluoroetüleen karbonaadi või mõnede väävlit sisaldavate orgaaniliste ühendite väike lisand võib märkimisväärselt tõsta superkondensaatori võimustihedust. Parimatele superkondensaatoritele teostati pikaaegsed eluea testid ning määrati elektroodi pinna ning alumiiniumist voolukollektorite keemiline koostis. Uuriti laias temperatuurivahemikus töötavaid mitte atsetonitriilil põhinevaid superkondensaatoreid. Töötati välja superkondensaatorite prototüübid: CR2032 tüüpi nööpkondensaatorid (1-10 F, 3,2 V); lamineeritud superkondensaatorid (100 ja 300 F, 3,2 V) ning suure mahtuvusega silindrilised superkondensaatorid (2000 F ja 4000 F, 3, 2V). Koostamisel on üks patenditaotlus.