Інтеркаляційна модифікація пористих і шаруватих матеріалів для пристроїв генерування і накопичення електричної енергії

Abstract

Вивчено вплив уведення залізовмісної домішки у вихідну лляну сировину, а також природної наявності кремнію у хвощовій структурі на параметри ємнісного накопичення енергії. Дослідження вольт-фарадних характеристик ПЕШ, магнітних властивостей та спектроскопія комбінаційного розсіювання світла дали змогу запропонувати механізм, що пояснює отримані дані. Синтезовано й досліджено будову карбонових супрамолекулярних структур з ієрархічною архітектурою. Показано, що для них характерна наявність двох потенціальних інтервалів ємнісного і псевдоємнісного накопичення енергії на межі розділу з електролітом. Експериментально обґрунтовано можливість безпосереднього застосування природних мінералів гібситу, беміту і мультиграфенових асоціатів для ефективного Li+-інтеркаляційного струмоутворення. Відмінною особливістю Li+-інтеркаляційного струмоутворення в досліджених структурах є вплив на нього молекулярно-ситового ефекту як потужного “інструменту” для покращення енергетичних спроможностей катодів літієвих джерел струму. Розроблено способи синтезу мультипошарових N-бар’єрних органічно-неорганічних і біонеорганічних наногібридів (GaSe<N,N'-диметил-3,4,9,10-перилентетракарбоксил діімід>, GaSe<PAN>, GaSe<РAN+J2>, GaSe<htd>), які можуть реалізуватися як наноструктури для накопичення електричної енергії змінного струму надвисокої ємності, виступати як нановимірні безгіраторні лінії затримки, квантові акумулятори та наногенератори електричної енергії. Изучено влияние введения железосодержащей примеси в исходное льняное сырье, а также естественного наличия кремния в структуре хвоща на параметры емкостного накопления энергии. Исследование вольт-фарадных характеристик ДЭС, магнитных свойств и спектроскопия комбинационного рассеяния света позволили предложить механизм, объясняющий полученные данные. Cинтезированы и исследованы строение карбоновых супрамолекулярных структур с иерархической архитектурой. Показано, что для них характерно наличие двух потенциальных интервалов емкостного и псевдоемкостного накопления энергии на границе раздела с электролитом. Экспериментально обоснована возможность непосредственного применения природных минералов гибсита, бемита и мультиграфена для эффективного Li+-интеркаляционного токообразования. Отличительной особенностью Li+-интеркаляционного токообразования в исследованных структурах является влияние на него молекулярно-ситового эффекта, выступающего мощным “инструментом” для улучшения энергетических возможностей катодов литиевых источников тока. Разработаны способы синтеза мультипослойных N-барьерных органично-неорганических и бионеорганических наногибридов, которые могут реализоваться как наноструктуры для накопления электрической энергии переменного тока сверхвысокой емкости, выступать в качестве наноизмеримых безгираторних линий задержки, квантовых аккумуляторов и наногенераторов электрической энергии. В частности наноструктуры GaSe<N,N'-диметил-3,4,9,10-перилентетракарбоксил диимид>, GaSe<полианилин>, GaSe<полианилин+йод>, GaSe<гистидин> проявляют способность накапливать электрическую энергию переменного тока сверхвысокой емкости, формируя тем самым новое поколение высокодобротных конденсаторов радиочастотного диапазона (с удельной емкостью в 22 раза выше известных). Также в данных структурах наблюдается эффект отрицательной емкости, что позволяет использовать их в качестве наноизмеримых безгираторних линий задержки. При этом величиной приведенных эффектов можно руководствоваться оптически или магнитно. В наноструктуре GaSe<гистидин> за счет внутренней индуктивности под действием постоянного электрического поля возникает генерация низкочастотных электромагнитных импульсов. Наложение электрического поля и освещения при формировании наноструктуры GaSe(InSe)<N,N'-диметил-3,4,9,10-перилентетракарбоксил диимид> ведет к формированию электретного и фотоэлектретного состояний, которые модифицируют поляризационные и фотопроцессы в соответствии с типом проводимости неорганической матрицы. В наноструктуре InSe<N,N'-диметил-3,4,9,10-перилентетракарбоксил диимид>, сложившейся в электрическом поле, проявляется существенный вклад квантовой емкости. Новый эффект выявлен в структуре GaSe<L-аспарагиновая кислота> – осцилляции мнимой составляющей комплексного импеданса (Im Z (ω)) при освещении, возникающие в результате квантово-механического резонансного туннелирования. При освещении наногибридизованной структуры GaSe <htd> tgδ принимает значение меньше единицы в частотном диапазоне 0<ω<0.001, в котором одновременно диэлектрическая проницаемость изменяется от 108 до 109, является предпосылкой создания квантового аккумулятора электрической энергии. Перевод гостевого гистидина в жидкостную фазу с рН=10 вызывает способность псевдоемкостного накопления заряда перпендикулярно к нанослоям GaSe<htd+H2O+КОН> и служит однокристальным наноаккумулятором электрической энергии. Использование синтезированной структуры С<L-аспарагиновая кислота> как катодного материала для Li+-интеркаляцийного токообразования обеспечило величину удельной емкости 350 мАч/г. The effects of introduction of iron-containing impurities into the initial flax raw material and that of natural availability of silicon in the horsetail structure on the parameters of capacitive energy accumulation have been studied. The investigations of the capacitive-voltage characteristics of the electric double layer, magnetic properties, and Raman spectroscopy data have made it possible to suggest a mechanism which explains the data obtained. Carbon supramolecular structures with hierarchical architecture were synthesized and investigated. It is shown that the presence of two voltage ranges of capacitive and pseudocapacitive energy accumulation at the interface with the electrolyte is characteristic of them. The possibility of a direct application of natural minerals of gibsite, boehmite, and multigraphene associates for effective Li-intercalary+ generation of current is experimentally substantiated. The influence of molecular sieve effect as a powerfull instrument for improvement energy capacity of cathodes of lithium power sources on the process of Li-intercalation in investigated structure is a distinctive feature of Li-intercalational current generation in the investigated structures.++ Ways of synthesis of multylayered N-barrier organic/inorganic and bio/inorganic nanohybrides (GaSe<(DiMe-PTCDI)>, GaSe<PAN>, GaSe<РAN+J2>, GaSe<htd>) which can be implemented as super-high capacity nanostructures for accumulation of electric energy of alternating current, which can serve as nanosized gyrator-free delay lines, quantum storage batteries and nanogenerators of electric energy have been developed.