Электрохимический импеданс и моделирование частотного отклика пористых танталовых тел
Аннотация
В работе предложен новый подход к анализу спектров электрохимического импеданса пористых танталовых тел, заключающийся в моделировании частотного отклика с использованием эквивалентной схемы, учитывающей иерархию пор. Показано, что предложенная схема хорошо описывает экспериментальные данные и позволяет определить ряд важных характеристик пористой структуры, в том числе вклад различного типа пор в суммарную емкость пористого тела, характерные времена релаксации и частоты активации разного типа пор. Анализировали два типа образцов - пористое танталовое тело, полученное спеканием порошка Ta, и пористое тело со сформированным слоем диэлектрика из Ta2O5. Моделирование показало значительное перераспределение вкладов различного типа пор в суммарную емкость после формирования Ta2O5, обусловленное преимущественной изоляцией наиболее мелких и труднодоступных пор. Результаты моделирования частотного отклика образцов согласуются с данными сканирующей электронной микроскопией. Предложенный в работе подход может быть полезен для контроля и совершенствования технологии производства танталовых конденсаторов
Скачивания
Литература
Kichigin V. I., Sherstobitova I. N., Shein A. B. Impedance of electrochemical and corrosion systems: textbook*. Perm State University Publ.; 2009. 238 p. (In Russ.)
Song H.-K., Jung Y.-H., Lee K.-H., Dao L. H. Electrochemical impedance spectroscopy of porous electrodes: the effect of pore size distribution. Electrochimica Acta. 1999;44(20): 3513–3519. https://doi.org/10.1016/S0013-4686(99)00121-8
Song H.-K., Hwang H.-Y., Lee K.-H., Dao L. H. The effect of pore size distribution on the frequency dispersion of porous electrodes. Electrochimica Acta. 2000;45(14): 2241–2257. https://doi.org/10.1016/S0013-4686(99)00436-3
Keiser H., Beccu K. D., Gutjahr M. A. Abschätzung der poren struktur poröser elektrodenaus impedanzmessungen. Electrochimica Acta. 1976;21(8): 539–543. https://doi.org/10.1016/0013-4686(76)85147-X
Candy J.-P., Fouilloux P., Keddam M., Takenouti H. The characterization of porous electrodes by impedance measurements. Electrochimica Acta. 1981;26(8): 1029–1034. https://doi.org/10.1016/0013-4686(81)85072-4
Raistrick I. D. Impedance studies of porous electrodes. Electrochimica Acta. 1990;35(10): 1579–1586. https://doi.org/10.1016/0013-4686(90)80013-E
Abouelamaiem D. I., He G., Neville T. P., … Brett D. J. L. Correlating electrochemical impedance with hierarchical structure for porous carbon-based supercapacitors using a truncated transmission line model. Electrochimica Acta. 2018;284: 597–608. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.07.190
Treshchev S. Yu., Starostin S. P., Mikhailiva S. S., … Lebedev S. P. Comparative analysis of the composition and structure of condenser tantalum powder. Chemical Physics and Mesoscopy. 2014;16(4): 609–615. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22662614
Taberna P. L., Simon P., Fauvarque J. F. Electrochemical characteristics and impedance spectroscopy studies of carbon-carbon supercapacitors. Journal of The Electrochemical Society. 2003;150(3): A292–A300. https://doi.org/10.1149/1.1543948
Itagaki M., Suzuki S., Shitanda I., Watanabe K. Electrochemical impedance and complex capacitance to interpret electrochemical capacitor. Electrochemistry. 2007;75(8): 649–655. https://doi.org/10.5796/electrochemistry.75.649
Orazem M. E., Pébère N., Tribollet B. Enhanced graphical representation of electrochemical impedance data. Journal of The Electrochemical Society. 2006;153(4): В129–В136. https://doi.org/10.1149/1.2168377
Pajkossy T. Impedance spectroscopy at interfaces of metals and aqueous solutions – Surface roughness, CPE and related issues. Solid State Ionics. 2005;176(25-28): 1997–2003. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2004.06.023
Macdonald D. D., Urquidi-Macdonald M., Bhakta S. D., Pound B. G. The electrochemical impedance of porous nickel electrodes in alkaline media: II. Nonuniform transmission line analysis. Journal of The Electrochemical Society. 1991;138: 1359–1363. https://doi.org/10.1149/1.2085786
Lima-Tenório M. K. , Ferreira C. S. , Rebelo Q. H. F., … Aparecido PocrifkaL. Pseudocapacitance properties of
Сo3O4 nanoparticles synthesized using a modified sol-gel method. Materials Research. 2018;21(2): e20170521. https://doi.org/10.1590/1980-5373-mr-2017-0521
Nquyen P. H., Paasch G. Transfer matrix method for the electrochemical impedance of inhomogeneous porous electrodes and membranes. Journal of Electroanalytical Chemistry. 1999;460(1-2): 63–79. https://doi.org/10.1016/S0022-0728(98)00343-X
Conway B. E. Electrochemical supercapacitors: scientific fundamentals and technological applications. Springer Science & Business Media; 2013. 607 p.
Huang J., Gao Y., Luo J., … Zhang J. Editors’ choice—review—impedance response of porous electrodes: theoretical framework, physical models and applications.. Journal of The Electrochemical Society. 2020; 167:166503. https://doi.org/10.1149/1945-7111/abc655
Syugaev A. V., Zonov R. G., Mikheev K. G., Maratkanova A. N., Mikheev G. M. Electrochemical impedance of laser-induced graphene: Frequency response of porous structure. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2023;188: 111533. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2023.111533
Copyright (c) 2024 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
