Электрохимические свойства углеродных материалов с высоким содержанием азота
Автор: Живулин Д.Е., Луценко А.И., Жеребцов Д.А., Морозов Р.С., Вяткин Г.П.
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry
Рубрика: Физическая химия
Статья в выпуске: 2 т.16, 2024 года.
Бесплатный доступ
Разработка и совершенствование материалов для накопления электрической энергии является важной для развития технологии возобновляемых источников энергии. Одними из наиболее подходящих устройств для накопления электрической энергии являются суперконденсаторы, так как они способны выдерживать высокие токи заряда и разряда, имеют большое количество циклов перезарядки. Характеристики двойнослойных суперконденсаторов (ДСК) во многом зависят от материалов электрода, в котором формируется двойной электрический слой. Наиболее перспективными материалами для производства ДСК являются материалы на основе углерода, такие как активированные угли, сажи, фуллерены, нанотрубки, графен. Улучшить характеристики существующих материалов возможно за счет увеличения их электропроводности, смачиваемости электролитом, увеличения удельной площади поверхности. Допирование углеродных материалов атомами азота позволяет во многом решить эти задачи, в том числе снизить их электрическое сопротивление. Одним из способов получения богатых азотом углеродных материалов является медленный термолиз смеси каменноугольного пека и меламина. Такой способ позволяет получить однофазные углеродные материалы с массовой долей пека до 22 масс. %. Методами электронной микроскопии показано, что с увеличением концентрации азота происходит разрыхление материалов. Методом рентгенофазового анализа показано, что полученные материалы имеют слоистую структуру, подобную графиту. Методом РФЭС установлено, что атомы азота встраиваются в структуру графитового листа. В полученных материалах преобладают атомы азота в пиридиновой конфигурации. Электрохимические свойства полученных материалов были исследованы при помощи электрохимической ячейки, которая является прототипом ДСК. Наибольшей ёмкостью обладает материал с концентрацией азота 4,2 масс. %. Характеристики полученного ДСК сравнили с промышленно выпускаемым конденсатором емкостью 220 мФ и показали их большое сходство.
Твердые растворы, углерод, азот, электропроводность, электрохимия
Короткий адрес: https://sciup.org/147244629
IDR: 147244629 | DOI: 10.14529/chem240218
Список литературы Электрохимические свойства углеродных материалов с высоким содержанием азота
- Атаманюк И.Н., Вервикишко Д.Е., Саметов А.А. и др. // ISJAEE. 2013. Т. 11, № 133. С. 92. Ed. reg. No. 1860.
- Вольфкович Ю.М., Сердюк Т.М. // Электрохимическая энергетика. 2001. Т. 1, № 4. C. 14. EDN: MISSTP.
- Pandolfo A.G., Hollenkamp A.F. // Journal of power sources. 2006. V. 157, No. 1, P. 11. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2006.02.065.
- Frackowiak E. // Physical chemistry chemical physics. 2013. V. 9. No. 15. P. 1774. DOI: 10.1039/b618139m.
- Lee S.W., Gallant B.M., Byon H.R. et al. // Energy & Environmental Science. 2011. V. 4, No. 6. P. 1972. DOI: 10.1039/C0EE00642D.
- Kim T.Y., Jung G., Yoo S. at al. // ACS Nano. 2013. V. 7, No. 8. P. 6899. DOI: 10.1021/nn402077v.
- Fitzer E., Kochling K., Boehm H., at al. // Pure and Applied Chemistry. 1995. V. 67, No. 3. P. 473. DOI: 10.1351/PAC199567030473.
- Deng X., Li J., Ma L. et al. // Mater Chem Front. 2019. V. 3(11). P. 2221. DOI: 10.1039/C9QM00425D.
- Jiang X, Chen Y, Meng X, et al. // Carbon. 2022. V. 191. P. 448. DOI: 10.1016/j.carbon.2022.02.011.
- Uppugalla S., Male U., Srinivasan P. // Electrochim Acta. 2014. V. 146. P. 242. DOI: 10.1016/j.electacta.2014.09.047.
- Shah S.S., Alfasane M.A., Bakare I.A. et al. // J Energy Storage. 2020. V. 30 P. 101562. DOI: 10.1016/j.est.2020.101562.
- Yang Z., Xiang M., Zhu W. et al. // ACS Sustain Chem Eng. 2020. V. 8(17). P. 6675. DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c00188.
- Ilnicka A., Skorupska M., Szkoda M. et al. // Mater. Res. Lett. 2022. V. 11, No. 3. P. 213. DOI: 10.1080/21663831.2022.2139163.
- Gao K., Wang B., Tao L. et al. // Adv Mater. 2019. V. 31(13). P. 1805121. DOI: 10.1002/adma.201805121.
- Lee W.J., Maiti U.N., Lee J.M., et al. // Chem Commun. 2014. V. 50(52). P. 6818. DOI: 10.1039/c4cc00146j.
- Zhang J., Yang Z., Wang X. et al. // RSC Adv. 2016. V. 6(88). P. 84847. DOI: 10.1039/C6RA17231H.
- Deng Y., Ji Y., Wu H. et al. // Chem Commun. 2019. V. 55(10). P. 1486. DOI: 10.1039/c8cc08391f.
- Hulicova-Jurcakova D., Seredych M., Lu M. et al. // Adv Funct Mater. 2009. V. 19(3). P. 438. DOI: 10.1002/adfm.200801236.
- Gorgulho H.F., Gonçalves F., Pereira M. et al. // Carbon. 2009. V. 47(8). P. 2032. DOI: 10.1016/J.CARBON.2009.03.050.
- Horikawa T., Sakao N., Sekida T. et al. // Carbon. 2012. V. 50(5). P. 1833. DOI: 10.1016/j.carbon.2011.12.033.
- Wang X., Wang W., Qin R. et al. // Chem Eng J. 2018. V. 354. P. 261. DOI: 10.1016/j.cej.2018.08.016.
- Zherebtsov D.A., Pankratov D.A., Dvoryak S.V. et al. // D&R Mater. 2021. V. 111, P. 108183. DOI: 10.1016/j.diamond.2020.108183.
- Zherebtsov D.A., Smolyakova K.R., Yantsen R.F. et al. // D&R Mater. 2018. V. 83. P. 75. DOI: 10.1016/J.DIAMOND.2018.01.026.
- Рычагов А.Ю., Вольфкович Ю.М., Воротынцев М.А. и др. // Электрохимическая энергетика. 2012. Т. 12, № 4. С. 167. EDN: RDNCXL.
- Yuan X., Zhou C., Wang J. et al. // Ceram. Int. 2019. V. 46. № 1. P. 435–443. DOI:10.1016/j.ceramint.2019.08.280
- Sánchez-Romate X.F., Bosque A.D., Artigas-Arnaudas J. et al. // Electrochim. Acta. 2021. V. 370. P. 137746. DOI: 10.1016/j.electacta.2021.137746.
