апрель 2019

Сравнительное изучение различных типов наноуглеродных материалов как активного вещества суперконденсатора с щелочным водным электролитом


Папулова A. И. , Коваленко Вадим Леонидович Коваленко В. Л. , Мансурова И. А. , Савин А. А. , Коток Валерий Анатолиевич Коток В. А.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Папулова A. И., Коваленко В. Л., Мансурова И. А., Савин А. А., Коток В. А. Сравнительное изучение различных типов наноуглеродных материалов как активного вещества суперконденсатора с щелочным водным электролитом / Химия и современные технологии : Метериалы ІХ Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и современные технологии», 2019. – C. 105-106


Гибридные и симметричные суперконденсаторы, в частности с водным щелочным электролитом, являются современными химическими источниками тока и широко используются как основной или резервный источник энергии в различных устройствах. В частности «зелёных» электромобилей или автомобилей с гибридным двигателем, источником энергии в которых служат такие суперконденсаторы. Поэтому увеличение характеристик суперконденсаторов является актуальной задачей. Углерод-ные наноматериалы используются в качестве активного материала «−» электродов гибридных суперконденсаторов и определение влияния различных параметров на их электрохимическую активность является актуальным.

Целью данной работы было сравнительное изучение электро-химической активности различных углеродных наноматериалов с учетом морфологии частиц и удельной поверхности для оценки возможности применения в качестве активного вещества намазного отрицательного электрода суперконденсатора со щелочным водным электролитом. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: 1) изучить физические и физико-химические свойства различных образцов углеродных наноматериалов; 2) изучить электрохимические характеристики различных образцов углеродных наноматериалов; 3) провести сравнительное изучение электрохимических характеристик образцов, опираясь на морфологию и удельную поверхность.

В исследовании были использованы: 1) УНВ 55БР Волокна коаксиально-конической морфологии (конусы, вставленные один в другой). г. Новосибирск, Институт катализа им. Г.К. Бореского СО РАН В основном массив УНВ содержит нитевидные структуры, построенные из графеновых плоскостей, уложенных под определенным углом к оси волокна; 2) УНВ 25МР Перистые волокна. г. Новосибирск, Институт катализа им. Г.К. Бореского СО РАН. В основном массив перистых УНВ состоит из волокон разного диаметра, до 100 нм; 3) МУНТ/УНВ г. Владимир, ВлГУ. Продукт CVD синтеза, массив представляет собой смесь многослойных УНТ и УНВ (структуры с полым внутренним каналом, структуры, подобные УНВ 55БР).; 4) МУНТ (Т-М) УНТ многослойные «Таунит-М». г. Тамбов, ООО “НаноТехЦентр”; 5) ОУНТ УНТ малослойные (одностенные) «Tuball». г. Новосибирск, Оксиал.; 6) Пироуглерод; 7) МУНТ (Т-МД) «Таунит-МД», озонированsq.

Методы изучения образцов. Морфологию образцов изучали СЭМ и ТЕМ. Состав определяли Ик-спектроскопией и EDX-анализом. Удельную поверхность определяли методом БЭТ (адсорбция азота). Изучение электрохимических свойств проводилось: 1) гальваностатическим зарядно-разрядным циклированием; 2) циклической вольтамперометрией.

Результаты зарядно-разрядного циклирования показали отсутствие прямой взаимосвязи между удельной поверхностью наноуглеродных материалов и удельной емкостью. На рисунке 1 показаны удельные емкости в Ф/г материала, а на рисунке 2 – удельные емкости, рассчитанные на м2 удельной поверхности образца. Наиболее вероятно это связано стем что не вся удельная поверхность наноуглеродных материалов доступна для электрохимического процесса.

Рисунок 1 − Удельная емкость образцов наноуглеродных материалов, Ф/г

Рисунок 2 − Удельная емкость образцов наноуглеродных материалов, Ф/м2 удельной поверхности

Максимальной удельной емкостью обладают образцы ОУНТ и МУНТ (Т-МД): 128,8  и 122,3 Ф/г, 0,358 и 0,382 Ф/м2 соответственно.