📄Работа №210895
Тема: Особенности электрохимического поведения углерод-азотных материалов на основе среднетемпературного каменноугольного пека
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Химия
Объем:
47 листов
Год:
2021
Просмотров:
44
4470
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
РЕФЕРАТ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Углеродные материалы 5
1.2 Модификации углерода 6
1.3 Результаты изучения модифицированных углеродных материалов
1.3.1 Катализаторы на азотсодержащих углеродных нанотрубках 9
1.3.2 Графитовые катализаторы восстановления кислорода 10
1.3.3 N-допированные графеновые суперконденсаторы 11
1.3.4 Использование трехмерного легированного азотом графена
в качестве материала суперконденсаторов 12
1.4 Синтез и свойства азотсодержащего пека 13
1.5 Краткие сведения о химических источниках тока и суперконденсаторах
1.5.1 Химические источники тока 16
1.5.2 Суперконденсаторы 19
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Объект исследования 22
2.2 Оборудование и инструменты 22
2.3 Методика проведения измерений 24
2.4 Разработка методики электрохимического анализа 25
3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1 Сравнение образцов СТП с не модифицированными углеродными
материалами 33
3.2 Анализ образцов двух серий для оптимизации исследования 36
3.3 Электрохимическая характеристика образцов СТП 950 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 44
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Углеродные материалы 5
1.2 Модификации углерода 6
1.3 Результаты изучения модифицированных углеродных материалов
1.3.1 Катализаторы на азотсодержащих углеродных нанотрубках 9
1.3.2 Графитовые катализаторы восстановления кислорода 10
1.3.3 N-допированные графеновые суперконденсаторы 11
1.3.4 Использование трехмерного легированного азотом графена
в качестве материала суперконденсаторов 12
1.4 Синтез и свойства азотсодержащего пека 13
1.5 Краткие сведения о химических источниках тока и суперконденсаторах
1.5.1 Химические источники тока 16
1.5.2 Суперконденсаторы 19
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Объект исследования 22
2.2 Оборудование и инструменты 22
2.3 Методика проведения измерений 24
2.4 Разработка методики электрохимического анализа 25
3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1 Сравнение образцов СТП с не модифицированными углеродными
материалами 33
3.2 Анализ образцов двух серий для оптимизации исследования 36
3.3 Электрохимическая характеристика образцов СТП 950 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 44
📖 Аннотация
В данной работе проведено исследование электрохимических свойств углерод-азотных материалов, синтезированных на основе среднетемпературного каменноугольного пека. Актуальность исследования обусловлена растущей потребностью в эффективных материалах для электрохимических накопителей энергии, таких как суперконденсаторы, где углеродные материалы играют ключевую роль благодаря высокой удельной поверхности и электропроводности. Основное внимание уделено влиянию температуры термолиза (500 °C и 950 °C) и содержания пека на электрохимическое поведение в контексте фарадеевских и нефарадеевских процессов. В качестве ключевого метода анализа использована циклическая вольтамперометрия в специально разработанной электрохимической ячейке с пастовыми электродами. Полученные результаты демонстрируют существенное влияние содержания азота на электрохимические характеристики: для серии, термолизованной при 950 °C, снижение концентрации азота приводит к трехкратному уменьшению площади гистерезиса вольтамперограмм, а также катодных и анодных токов. Для образцов, полученных при 500 °C, зафиксирован нестационарный дрейф катодных токов, требующий отдельного изучения. Научная значимость работы заключается в углубленном изучении электрохимических, а не только физических, свойств данных композитов, что дополняет существующие исследования, такие как работы М.Р. Тарасевича по электрохимии углеродных материалов, А.С. Фиалкова по композитам на основе углерода и Ю.А. Дядина по соединениям включения графита. Практическая ценность заключается в получении данных, полезных для оптимизации состава и режимов синтеза углерод-азотных электродных материалов для перспективных химических источников тока.
📖 Введение
Доля электроэнергии в общем энергетическом балансе возрастает. Это обу-словлено увеличением масштаба энергоёмких производств. Современная наука постоянно ищет способы эффективного производства и хранения энергии. Наряду с развитием аккумуляторов, способных запасать большие количества энергии, и конденсаторов, способных к быстрому заряду/разряду, появились устройства, за-нимающие промежуточное положение, эти устройства называют суперконденса-торами. Углеродные материалы широко используются в электротехнике. Их глав-ными достоинствами являются: высокая пористость (площадь поверхности), элек-тропроводность, коррозионная стойкость, высокое перенапряжение выделения водорода и кислорода, однако эти параметры углеродных материалов не достигли своих теоретических пределов. Поэтому учёные всего мира продолжают изучение этих материалов в чистом виде, виде композитов, а также легированных различ¬ными атомами. Так, например, композиты часто обладают улучшенными характе¬ристиками (каталитическая активность, селективность) и используются в качестве рабочего материала электродов ХИТ. Допирование различными атомами способ¬но изменять химические свойства в сторону улучшения рабочих характеристик. Это обусловливает актуальность и практическую значимость выбранной для ди¬пломной работы темы.
Большинство исследований этих материалов охватывают в основном их физи-ческие свойства. Нами стороны было проведено исследование электрохимических свойств, что делает нашу работу уникальной.
В этой работе исследованы электрохимические параметры микрокристалличе-ского углеродного материала на основе среднетемпературного каменноугольного пека, допированного азотом, который по литературным данным повышает пере-напряжение выделения кислорода, и расширяет собственный диапазон рабочих потенциалов.
Целью работы являлось исследование электрохимического поведения и опре-деление основных электрохимических параметров образцов углерод-азотных ма-териалов на основе среднетемпературного каменноугольного пека методом цик-лической вольтамперометрии.
Для достижения цели решались следующие задачи
1. Исследование литературных источников, посвящённых данной проблеме.
2. Разработка методики исследования полученных образцов методом цикличе¬ской вольтамперометрии.
3. Получение и интерпретация вольтамперограмм для образцов марки СТП_Т-С (СТП - среднетемпературный пек; Т - температура пиролиза, °С; С - содержание пека, мас.%).
4. Сравнение образцов СТП_Т-С с некоторыми распространенными чистыми графитовыми материалами.
5. Выявление зависимостей электрохимических свойств образцов, связанных с содержанием пека в них и температурой термолиза.
6. Обсуждение результатов и выводы.
Большинство исследований этих материалов охватывают в основном их физи-ческие свойства. Нами стороны было проведено исследование электрохимических свойств, что делает нашу работу уникальной.
В этой работе исследованы электрохимические параметры микрокристалличе-ского углеродного материала на основе среднетемпературного каменноугольного пека, допированного азотом, который по литературным данным повышает пере-напряжение выделения кислорода, и расширяет собственный диапазон рабочих потенциалов.
Целью работы являлось исследование электрохимического поведения и опре-деление основных электрохимических параметров образцов углерод-азотных ма-териалов на основе среднетемпературного каменноугольного пека методом цик-лической вольтамперометрии.
Для достижения цели решались следующие задачи
1. Исследование литературных источников, посвящённых данной проблеме.
2. Разработка методики исследования полученных образцов методом цикличе¬ской вольтамперометрии.
3. Получение и интерпретация вольтамперограмм для образцов марки СТП_Т-С (СТП - среднетемпературный пек; Т - температура пиролиза, °С; С - содержание пека, мас.%).
4. Сравнение образцов СТП_Т-С с некоторыми распространенными чистыми графитовыми материалами.
5. Выявление зависимостей электрохимических свойств образцов, связанных с содержанием пека в них и температурой термолиза.
6. Обсуждение результатов и выводы.
✅ Заключение
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы.
1. Выбрана методика изучения электрохимических характеристик исследуе¬мых материалов - циклическая вольтамперометрия. Установлены границы иссле-дования фарадеевских (-5.5 В) и нефарадеевских (-1.1 В) процессов. Для по¬лучения полной характеристики изучаемых материалов следует анализировать оба процесса.
2. Разработана электрохимическая ячейка со вспомогательным электродом из пирографита, в которой использовался в качестве электрода сравнения хлорсе- ребрянный электрод и два дисковых пастовых электрода с разной площадью дис¬ка (З'диск = 7,1 и 283,5 мм2 соответственно) в качестве рабочих электродов.
3. Проведен электрохимический анализ «крайних» образцов в двух сериях: СТП 500 с содержанием пека 50 и 100 мас.%, и СТП 950-50 и 100 мас.% пека. По-вышенный интерес вызвала серия термолизованных при 950 оС материалов вслед-ствие различия площадей гистерезиса и катодных токов у образцов СТП 950-50 и СТП 950-100. Помимо этого, обнаружен дрейф катодных токов на образцах, по-лученных при 500 °С, при проведении эксперимента. Данный эффект требует от-дельного изучения.
4. Электрохимическим анализом образцов серии СТП 950 установлено, что площадь гистерезиса, катодные и анодные токи при «короткой» программе раз-вертки потенциала уменьшаются в 3 раза при снижении концентрации азота в об-разце. При «длинной» программе развертки изменение величины перенапряжения выделения водорода и кислорода нелинейно, и скорее подчиняется обратной па-раболической зависимости, сохраняя диапазон устойчивости воды (~3700 мВ), но сдвигая его на линии напряжений. Тем не менее, образец СТП 950-50 демонстри-рует увеличение данного диапазона до 4200 мВ.
5. При сравнении образцов СТП 950 с промышленными образцами чистого графита (пирографит, стеклоуглерод), пирографит продемонстрировал лучшие емкостные характеристики нежели образец СТП 950-100 (чистый пек) на 18 %. Однако у него перенапряжение выделения кислорода наименьшее из рассмотри- ваемых образцов (1800 мВ). Стеклоуглерод продемонстрировал наименьшие ем-костные характеристики (5гист = 5,4 мА-мВ), однако наибольший диапазон устой-чивости воды (-2680.2150 мВ). Наибольшие емкостные характеристики показал образец СТП 950-50 (5гист = 60,9 мА-мВ), что в 2,5 раза больше чем у пирографита. Это позволяет рекомендовать его в качестве материала суперконденсатора.
1. Выбрана методика изучения электрохимических характеристик исследуе¬мых материалов - циклическая вольтамперометрия. Установлены границы иссле-дования фарадеевских (-5.5 В) и нефарадеевских (-1.1 В) процессов. Для по¬лучения полной характеристики изучаемых материалов следует анализировать оба процесса.
2. Разработана электрохимическая ячейка со вспомогательным электродом из пирографита, в которой использовался в качестве электрода сравнения хлорсе- ребрянный электрод и два дисковых пастовых электрода с разной площадью дис¬ка (З'диск = 7,1 и 283,5 мм2 соответственно) в качестве рабочих электродов.
3. Проведен электрохимический анализ «крайних» образцов в двух сериях: СТП 500 с содержанием пека 50 и 100 мас.%, и СТП 950-50 и 100 мас.% пека. По-вышенный интерес вызвала серия термолизованных при 950 оС материалов вслед-ствие различия площадей гистерезиса и катодных токов у образцов СТП 950-50 и СТП 950-100. Помимо этого, обнаружен дрейф катодных токов на образцах, по-лученных при 500 °С, при проведении эксперимента. Данный эффект требует от-дельного изучения.
4. Электрохимическим анализом образцов серии СТП 950 установлено, что площадь гистерезиса, катодные и анодные токи при «короткой» программе раз-вертки потенциала уменьшаются в 3 раза при снижении концентрации азота в об-разце. При «длинной» программе развертки изменение величины перенапряжения выделения водорода и кислорода нелинейно, и скорее подчиняется обратной па-раболической зависимости, сохраняя диапазон устойчивости воды (~3700 мВ), но сдвигая его на линии напряжений. Тем не менее, образец СТП 950-50 демонстри-рует увеличение данного диапазона до 4200 мВ.
5. При сравнении образцов СТП 950 с промышленными образцами чистого графита (пирографит, стеклоуглерод), пирографит продемонстрировал лучшие емкостные характеристики нежели образец СТП 950-100 (чистый пек) на 18 %. Однако у него перенапряжение выделения кислорода наименьшее из рассмотри- ваемых образцов (1800 мВ). Стеклоуглерод продемонстрировал наименьшие ем-костные характеристики (5гист = 5,4 мА-мВ), однако наибольший диапазон устой-чивости воды (-2680.2150 мВ). Наибольшие емкостные характеристики показал образец СТП 950-50 (5гист = 60,9 мА-мВ), что в 2,5 раза больше чем у пирографита. Это позволяет рекомендовать его в качестве материала суперконденсатора.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.