Объектом исследования является новый нанопористый углеродный материал на основе рисовой шелухи.

Цель работы – разработка метода карбонизации и термохимической активации рисовой шелухи и метода модифицирования полученного нанопористого углеродного материала с целью достижения максимальных удельных энергетических характеристик электродов суперконденсатора.

Полученный электродный материал был исследован следующими физико-химическими методами: растровой электронной и сканирующей микроскопией, низкотемпературной физической адсорбцией азота (метод БЭТ), энергодисперсионным анализом (EDAX), рентгенофлуоресцентным анализом, Раман-спектроскопией. Исследование электрохимических свойств электродов проводили методом циклической вольтамперометрии и гальваностатического заряда-разряда.

Отработан метод карбонизации и термохимической активации рисовой шелухи. Разработана и изготовлена установка для карбонизации и термохимической активации. Установлено, что карбонизация рисовой шелухи эффективно проходит в среде инертного газа при температуре 450°C в течение 90 минут. Оптимальной температурой для термохимической активации является температура 850°C в течение 90 минут в инертной среде. При этих условиях образуется углеродный материал с удельной поверхностью от 2800 до 2900 м2/г, с удельным объёмом пор – 1.1-1.8 см3/г. Был отработан метод модифицирования углеродного материала. По результатам исследований электродов было установлено, что модифицирование углеродного материала наночастицами Ni(OH)2 повышает удельную электрическую ёмкость электродов по сравнению с немодифицированным материалом. Показано, что 9% содержание Ni(OH)2 в углеродном материале дает наибольшую расчетную ёмкость для электродов, превышающую на 27% ёмкость электродов с немодифицированным материалом.

Была разработана технология изготовления электродов на основе полученных нанопористых углеродных материалов и проведено тестирование на механическую и электрохимическую устойчивость. Выбран водный электролит на основе гидроксида калия. Установлено, что 6М раствор гидроксида калия обеспечивает наибольшую электрическую ёмкость при допустимом окне потенциалов 0,8-1,0 В. Изготовлены экспериментальные образцы суперконденсатора на основе созданных электродов и выбранного электролита.

В научно-техническом плане, полученные научные результаты внесут вклад в исследования по разработке технологий промышленного производства суперконденсаторов. Разработанные суперконденсаторы востребованы в автомобилестроении в качестве основных и вспомогательных источников энергии, применяемых для рекуперации механической энергии в электрическую в гибридном автотранспорте, в особенности городском общественном транспорте, в системах электростартерного пуска двигателей внутреннего сгорания.

Объектом исследования являются лабораторные образцы суперконденсаторов и лабораторные образцы суперконденсаторных модулей.

Цель работы – разработка лабораторных образцов суперконденсаторов и лабораторных образцов суперконденсаторных модулей на основе углеродного материала из рисовой шелухи и проведение их тестовых испытаний.

Полученный электродный материал был исследован следующими физико-химическими методами: растровой электронной и сканирующей микроскопией, низкотемпературной физической адсорбцией азота (метод БЭТ), энергодисперсионным анализом (EDAX), рентгенофлуоресцентным анализом, Раман-спектроскопией. Исследование электрохимических свойств электродов проводили методом циклической вольтамперометрии и гальваностатического заряда-разряда.

В результате проведенных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ была разработана технология изготовления лабораторных образцов ламинарных, цилиндрических и монетных типов суперконденсаторов. На основе лабораторных образцов суперконденсаторов были созданы и протестированы суперконденсаторные модули разной конфигурации. Установлено, что суперконденсаторные модули с пористым токосъёмником показывают большую ёмкость (1,83 Ф/см2), значение которой превышает в 35 раз значение ёмкости суперконденсатора с токосъёмником на основе фольги. Были проведены испытания на стабильность рабочих характеристик всех типов лабораторных образцов суперконденсаторных ячеек и созданных на их основе модулей методом циклической зарядки и разрядки при токах 100 и 500 мА. Было установлено, что они имеют стабильную работоспособность до 2000 циклов заряда-разряда с сохранением первоначальной емкости более, чем на 98%.

-

В научно-техническом плане, полученные научные результаты внесут вклад в исследования по разработке технологий промышленного производства суперконденсаторов. Разработанные суперконденсаторы востребованы в автомобилестроении в качестве основных и вспомогательных источников энергии, применяемых для рекуперации механической энергии в электрическую в гибридном автотранспорте, в особенности городском общественном транспорте, в системах электростартерного пуска двигателей внутреннего сгорания.

Объектом исследования является технологический процесс производства промышленных образцов суперконденсаторов и конденсаторных модулей.

Цель работы – разработка рекомендаций по созданию технологического процесса производства промышленных образцов суперконденсаторов и суперконденсаторных модулей и предложений по коммерциализации.

Стандартная методика тестирование рабочих характеристик суперконденсаторов и суперконденсаторных модулей.

В результате проведенных научно-исследовательских работ были разработаны рекомендации по созданию технологического процесса производства промышленных образцов суперконденсаторов цилиндрического типа с емкостью 100, 500, 1000 Ф и номинальным максимальным напряжением 2,7 В для хранения электрической энергии. Выработаны рекомендации по созданию технологического процесса производства промышленных образцов суперконденсаторных модулей с выходным напряжением 16,2 В и емкостью 500 Ф, предназначенных для запуска двигателей внутреннего сгорания объемом до 1,6 литров. Для достижения максимальных удельных характеристик суперконденсаторных модулей была рекомендована технология сборки суперконденсатора и модулей на их основе Российского разработчика систем хранения и накопления электроэнергии ООО «ТЭЭМП». Технология ТЭЭМП даёт более выигрышные характеристики за счет новой конструкции: рулонно-призматическая конструкция базовой ячейки и стэковая технология сборки модуля. Такая конструкция ячеек и модулей позволяет снизить массу и размер суперконденсаторной сборки на 30% по сравнению с аналогичными устройствами, что обеспечивает улучшение удельных параметров суперконденсаторных модулей. Были составлены предложения и рекомендации по дальнейшей коммерциализации производства суперконденсаторов и модулей на их основе.

На основе проведенной технико-экономической оценки технологического процесса изготовления промышленных образцов суперконденсаторов и суперконденсаторных модулей было предложено оптимизировать процесс путем внедрения в производственно-технологическую цепочку синтеза активного материала электрода на основе малослойного графена с максимальной удельной поверхностью из возобновляемой биомассы и предложено использовать эффективную технологию производства суперконденсаторов, которая применяется для производства литий-ионных батарей и модулей на их основе.

В научно-техническом плане, полученные научные результаты внесут вклад в исследования по разработке технологий промышленного производства суперконденсаторов. Разработанные суперконденсаторы востребованы в автомобилестроении в качестве основных и вспомогательных источников энергии, применяемых для рекуперации механической энергии в электрическую в гибридном автотранспорте, в особенности городском общественном транспорте, в системах электростартерного пуска двигателей внутреннего сгорания.