Полімерні зв’язуючі матеріали на водній та спиртовій основі для електродів електрохімічних конденсаторів

Abstract

Investigation a possibility for application of new polymer binders in electrochemical power sources on water and alcohol basis. The characteristics of electrochemical capacitors based on the polymeric binders such as polyvinylbutyral, polyvinylpyrrolidone and a water suspension of polyvinylidene fluoride were investigated, using the cyclic voltammetry, galvanostatic cycling and impedance spectroscopy. Laboratory prototypes of electrochemical capacitors were made using a "sandwich" type cell. Polyvinylpyrrolidone and polyvinylidene fluoride as polymer binders for electrochemical capacitors were proposed. The polyvinylpyrrolidone in EC electrodes allows reducing the internal resistance of EC by half. Also, polyvinylidene fluoride and polyvinylpyrrolidone make it possible to manufacture electrodes by the doctor-blade method, which is impossible in the case of polytetrafluoroethylene. The such polymers will automate the process of manufacturing electrodes of EC and significantly reduce the cost of EC. A water suspension of polyvinylidene fluoride was considered as a polymeric binder for electrochemical capacitors for the first time. The results can be used for the development of advanced electrochemical power sources. The development of environmentally friendly methods for producing composite materials for electrochemical capacitors are actual scientific and technical problems.

С помощью циклической вольтамперометрии, импеданса и гальваностатического циклирования были проведены исследования характеристик электродов электрохимических конденсаторов на основе таких полимерных связующих как поливинилбутираль, поливинилпирролидон и суспензия водорастворимого поливинилиденфторида. Лабораторные прототипы электрохимических конденсаторов были изготовлены с использованием ячейки «сэндвичного» типа. Предложено использование поливинилпирролидона и поливинилиденфторида в качестве полимерного связующего в електродах электрохимических конденсаторов. Применение поливинилпирролидона в электродах ЭК позволяет уменьшить внутреннее сопротивление ЭК вдвое. Также поливинилиденфторид и поливинилпирролидон позволяют изготавливать электроды ракельным методом, что невозможно в случае политетрафторэтилена. Использование таких полимеров позволит автоматизировать процесс изготовления электродов ЭК и значительно снизить себестоимость ЭК. Впервые разработан метод изготовления электродов электрохимических конденсаторов на основе поливинилиденфторида на водной основе. Полученные результаты могут быть использованы для усовершенствования технологии производств электрохимических конденсаторов. Это выдвигает разработку экологически безопасных методов получения композитных материалов для электрохимических конденсаторов в разряд сложных и актуальных научно-технических задач.

За допомогою циклічної вольтамперометрії, імпедансу та гальваностатичного циклювання досліджені електроди електрохімічних конденсаторів на основі різних полімерних зв’язуючих матеріалів, таких як: полівінілбутираль, полівінілпіролідон, полівініліденфторид та політетрафторетилен. Лабораторні прототипи електрохімічних конденсаторів були виготовлені з використанням комірки «сендвічного» типу. Запропоновано використання полівінілпіролідону та полівініліденфториду на водній основі у якості полімерного зв’язуючого електродів електрохімічних конденсаторів. Застосування полівінілпіролідону в електродах ЕК дозволяє зменшити внутрішній опір ЕК вдвічі. Також полівініліденфторид та полівінілпіролідон дозволяють виготовляти електроди ракельним методом, що не можливо у випадку політетрафторетилену. Використання таких полімерів дозволить автоматизувати процес виготовлення електродів ЕК та значно знизити собівартість ЕК. Вперше розроблений метод виготовлення електродів електрохімічних конденсаторів на основі полівініліденфториду на водній основі. Отримані результати можуть бути використані для створення нової технології виробництва електродів та зниження собівартості електрохімічних конденсаторів в цілому. Це висуває розробку екологічно безпечних методів одержання композитних матеріалів для електрохімічних конденсаторів у розряд складних та актуальних науково-технічних задач.