Электрохимическая кинетика электродов из наноразмерного Nb2O5

Rus

Eng

Journal of The Electrochemical Society, 161(5) A718-A725 (2014)
0013-4651/2014/161(5)/A718/8/$31.00©The Electrochemical Society

Electrochemical Kinetics of Nanostructured Nb₂O₅ Electrodes

Jeremy Come,^a,b Veronica Augustyn,^cJong Woung Kim,^cPatrick Rozier,^a,b Pierre-Louis Taberna,^a,bPavel Gogotsi,^d,e Jeffrey W. Long,^d,∗Bruce Dunn,^c,∗and Patrice Simon^a,b,∗,z

^aUniversit´ e Paul Sabatier, CIRIMAT UMR CNRS 5085, 31062 Toulouse Cedex 4, France
^bR´ eseau sur le Stockage Electrochimique de l’Energie (RS2E), FR CNRS 3459, France
^cDepartment of Materials Science & Engineering, University of California, Los Angeles, California 90095, USA
^dSurface Chemistry Branch, Naval Research Laboratory, Washington, DC 20375, USA

Псевдоемкостное накопление заряда происходит на основе реакций фарадеевского переноса заряда, протекающих на поверхности или вблизи поверхности редокс-активных материалов. Это свойство представляет большой интерес для создания электрохимических конденсаторов большой емкости - намного более высокой, чем получаемой, например, для сравнения, с помощью процессов в традиционных электродах с электрическим двойным слоем.

Не смотря на то, что были получены высокие уровни псевдоемкости для наноматериалов, практическое развитие реальных электродных структур, которые обладают псевдоемкостнеыми свойствами, остается сложной задачей.

В настоящей работе ученые демонстрируют, что электроды из Nb₂O₅ могут успешно сохранять псевдоемкостные свойства соответствующих наноразмерных материалов. Показано что, для короткого времени зарядки менее одной минуты, нет никаких признаков полубесконечных диффузионных ограничений, и были получены конкретные емкости из 380 Fg ^-1 и 0.46 Fsm ^-2 в электродах толщиной 40 мкм при среднем потенциале разрядки 1,5 В применительно к Li+/ Li. Естественное состояние дифракции рентгеновских лучей показывает, что высокая удельная емкость и мощность электродов из Nb₂O₅ может объясняться быстрой интеркаляцией ионов лития Li+ в рамках конкретных плоскостей в орторомбической структуре.

Этот механизм интеркаляционной псевдоёмкостной зарядки-разрядки характеризуется как собственное внутреннее свойство Nb₂O₅, что упрощает конструкцию электродов для устройств емкостного накопителя. Авторы демонстрируют эффективность этих электродов в гибридной электрохимической ячейке, плотность энергии и удельная мощность которых превзошла коммерческие устройства на углеродной основе.