Influence of the carbonate ion on characteristics of electrochemically synthesized layered (α+β) nickel hydroxide

Abstract

Гiдроксид нiкелю широко використовується як активна речовина суперконденсаторiв. Найбiльш активними є зразки Ni(OH) 2 (α+β) шарової структури, синтезованi в щiлинному дiафрагмовому електролiзерi (ЩДЕ). Вивчено вплив карбонат-анiона на структуру та електрохiмiчнi властивостi гiдроксиду нiкелю, шляхом синтезу зразкiв в щiлинному дiафрагмовому електролiзерi з використанням для роздiлення електродних просторiв дiафрагми та катiонообмiнної мембрани. Експериментально показано, що при використаннi дiафрагми в щiлинному дiафрагмовому електролiзерi формується фiльтрацiйний потiк iз анодного простору (який мiстить луг з домiшкою карбонату) в катодний. Таким чином, зразки, синтезованi з дiафрагмою, утворюються в присутностi карбонатiв, а зразки, синтезованi з катiонообмiнною мембраною -у вiдсутностi карбонатiв. Кристалiчна структура зразкiв вивчена методом рентгенофазового аналiзу, електрохiмiчнi характеристики -методами циклiчної вольтамперометрiї та гальваностатичного зарядно-розрядного циклування в акумуляторному режимi. Проведено порiвняльний аналiз характеристик зразкiв, синтезованих в присутностi та у вiдсутностi карбонату. Методом ренгенофазового аналiзу та циклiчної вольтамперометрiї доведена ключова роль карбонат-анiону у формуваннi монофазної шарової (α+β) модифiкацiї. У вiдсутностi карбонату знижується кристалiчнiсть зразкiв, зменшується вмiст α-модифiкацiї , при високих густинах струму (12 и 15,7 А/дм 2 ) формується бiфазна система, що являє собою сумiш β-модифiкацiї та (α+β)-структури. Вивчення електрохiмiчних характеристик показало зниження питомої ємностi на 14,7-31,4 % для зразкiв гiдроксиду нiкелю, сформованого у вiдсутностi карбонатiв. Максимальна отримана питома ємнiсть зразкiв, синтезованих в щiлинному дiафрагмовому електролiзерi при густинi струму 10 А/дм 2 з дiафрагмою (в присутностi карбонатiв) та з мембраною (у вiдсутностi карбонатiв) склали 216,8 и 185 мА·год/г вiдповiдно. Для збiльшення питомої ємностi рекомендовано проводити синтез в щiлинному дiафрагмовому електролiзерi при використаннi дiафрагми, а також вводити додаткову кiлькiсть карбонату натрiю в анолiтКлючовi слова: гiдроксид нiкелю, шарова (α+β) структура, питома ємнiсть, лужний акумулятор, щiлинний дiафрагмовий електролiзер, карбонат UDC 54.057:544.653:621.13:661.13

Anionic carbonate activation of layered (α+β) nickel hydroxide

“…Both sulfate and carbonate can play a role in the formation of the (α+β) layered structure Ni(OH) 2 . By using the anion-exchange membrane [48], it was found that carbonate ions play a key role in the formation of the unique layered (α+β) Ni(OH) 2 structure during SDE synthesis. Intercalation of additional ions can occur due to their inclusion into the initial matrix.…”

“…During crystallization, additional ions can stabilize the metastable α-form. However, the synthesis of the layered (α+β) structure in the SDE [48] was conducted at low carbonate concentrations in the anolyte.…”

“Smart” anti­corrosion pigment based on layered double hydroxide: construction and characterization

“…However, the intercalated anions often have specific functionality. For instance, stabilizing [28] or activating [29,30] anions are introduced to the LDH structure. LDH are promising materials to be used as nanocontainers for special anions, such as drugs [31,32], inhibitors [24], anionic dyes [33], sensor anions [34], etc.…”

Synthesis of nickel hydroxide in the presence of acetate ion as a «soft» ligand for application in chemical power sources

“…That is, either a bi-phase or layered (α+β) structure is formed. Thus, chemical synthesis in the presence of acetate ion results in the formation of the structure similar to electrochemically prepared Ni(OH) 2 in SDE [42,46]. In both cases, the stage of formation of the initial amorphous particle is slowed down.…”

“…So, this form is widely used in alkaline batteries [39] and hybrid supercapacitors [40]. β-Ni(OH) 2 can be precipitated chemically at low supersaturation or electrochemically in the slit-diaphragm electrolyzer [41,42]. High-temperature synthesis [43] and ammine complex decomposition [39] are also used.…”