Определение истинной емкости пористых углеродных материалов полученных с использованием щавелевой кислоты
Александр Николаевич Воропай,
Илья Юрьевич Лебедев,
Алена Дмитриевна Кисина,
Евгений Сергеевич Осетров Аннотация
Ввиду растущего спроса на электроэнергию все более актуальным становится вопрос повышения качества энергоснабжения. Для этих целей используются различные системы бесперебойного питания совмещенные с аккумуляторными батареями. Однако, аккумуляторы не подходят для выравнивания пиков и провалов напряжения с временами несколько минут, т.к. такой нестабильный режим сильно вредит батареи. Альтернативой могут выступать суперконденсаторы, для производства которых используется на сегодняшний день пористый углерод. Получение данного материала проводится в классической схеме с использованием щелочи в качестве активатора. В данной работе сравнивали углерод полученный с использованием щелочи и щавелевой кислоты в качестве активатора. В результате работы установлено, что активация щелочью и щавелевой кислотой повышает емкость материала почти в 3 раза с 22 до 60 Ф/г.
Об авторах
Александр Николаевич Воропай
Государственный университет “Дубна”
АО “МПОТК “ТЕХНОКОМПЛЕКТ”
Россия
Россия
Илья Юрьевич Лебедев
Государственный университет “Дубна”
Алена Дмитриевна Кисина
Государственный университет “Дубна”
Россия
Россия
Евгений Сергеевич Осетров
АО “МПОТК “ТЕХНОКОМПЛЕКТ”
Список литературы
1. Ren G, Liu J, Wan J, Guo Y, Yu D. Overview of wind power intermittency: Impacts, measurements, and mitigation solutions. Applied Energy. 2017;204:47-65.
2. Lethien C, Le Bideau J, Brousse T. Challenges and prospects of 3D micro-supercapacitors for powering the internet of things. Energy & Environmental Science. 2019;12(1):96-115.
3. Zhai Z, Zhang L, Du T, Ren B, Xu Y, Wang S, Miao J, Liu Z. A review of carbon materials for supercapacitors. Materials & Design. 2022;221:111017.
4. Olabi AG, Abbas Q, Abdelkareem MA, Alami AH, Mirzaeian M, Sayed ET. Carbon-based materials for supercapacitors: recent progress, challenges and barriers. Batteries. 2022;9(1):19.
5. Miao L, Song Z, Zhu D, Li L, Gan L, Liu M. Recent advances in carbon-based supercapacitors. Materials Advances. 2020;1(5):945-966.
6. Zhang C, Du H, Ma K, Yuan Z. Ultrahigh‐rate supercapacitor based on carbon nano‐onion/graphene hybrid structure toward compact alternating current filter. Advanced Energy Materials. 2020;10(43):2002132.
7. Feng G, Li S, Atchison JS, Presser V, Cummings PT. Molecular insights into carbon nanotube supercapacitors: capacitance independent of voltage and temperature. The Journal of Physical Chemistry C. 2013;117(18):9178-9186.
8. Pan H, Li J, Feng Y. Carbon nanotubes for supercapacitor. Nanoscale research letters. 2010;5:654-668.
9. Wang Y, Shi Z, Huang Y, Ma Y, Wang C, Chen M, Chen Y. Supercapacitor devices based on graphene materials. The Journal of Physical Chemistry C. 2009;113(30):13103-13107.
10. Wen Z, Wang X, Mao S, Bo Z, Kim H, Cui S, Chen J. Crumpled nitrogen‐doped graphene nanosheets with ultrahigh pore volume for high‐performance supercapacitor. Advanced materials. 2012;24(41):5610.
11. Wang DW, Li F, Liu M, Lu GQ, Cheng HM. 3D aperiodic hierarchical porous graphitic carbon material for high‐rate electrochemical capacitive energy storage. Angewandte Chemie International Edition. 2008;47(2):373-376.
12. Kim SJ, Hwang SW, Hyun SH. Preparation of carbon aerogel electrodes for supercapacitor and their electrochemical characteristics. Journal of materials science. 2005;40:725-731.
13. Chmiola J, Yushin G, Gogotsi Y, Portet C, Simon P, Taberna PL. Anomalous increase in carbon capacitance at pore sizes less than 1 nanometer. science. 2006;313(5794):1760-1763.
14. Zhao Y, Wang W, Xiong DB, Shao G, Xia W, Yu S, Gao F. Titanium carbide derived nanoporous carbon for supercapacitor applications. International journal of hydrogen energy. 2012;37(24):19395-19400.
15. Caturla F, Molina-Sabio M, Rodriguez-Reinoso F. Preparation of activated carbon by chemical activation with ZnCl2. Carbon. 1991;29(7):999-1007.
16. Цыганова СИ, Романченко АС, Бондаренко ГН, Фетисова ОЮ. Синтез углеродсодержащего композита на основе древесины осины и его структурные, электрохимические свойства. Журнал прикладной химии. 2018;91(2):285-292.
17. Lee KC, Lim MSW, Hong ZY, Chong S, Tiong TJ, Pan GT, Huang CM. Coconut shell-derived activated carbon for high-performance solid-state supercapacitors. Energies. 2021;14(15):4546.
18. Zhai Z, Zhang L, Du T, Ren B, Xu Y, Wang S, Miao J, Liu Z. A review of carbon materials for supercapacitors. Materials & Design. 2022;221:111017.
19. Тамаркина ЮВ, Кучеренко ВА, Шендрик ТГ. Щелочная активация углей и углеродных материалов. Химия твердого топлива. 2014;4:38-38.
20. Voropay AN, Surovikin YV, Rezanov IV. Electrochemical studies of modified carbon black in supercapacitors. In AIP Conference Proceedings. 2019;2143(1).
21. Voropay AN, Surovikin YV, Lavrenov AV, Ilyina MN. Properties of a supercapacitor electrode containing a modified carbon black. In AIP Conference Proceedings. 2020;2301(1).
22. Воропай АН, Суровикин ЮВ, Лавренов АВ, Резанов ИВ, Ильина МН. Исследование стабильности технического углерода при циклировании в гальваностатическом режиме. Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2020;1-6(324-329):84-92.
23. Redondo E, Carretero-González J, Goikolea E, Ségalini J, Mysyk R. Effect of pore texture on performance of activated carbon supercapacitor electrodes derived from olive pits. Electrochimica Acta. 2015;160:178-184.
24. Zhou Y, Ren X, Du Y, Jiang Y, Wan J, Ma F. In-situ template cooperated with urea to construct pectin-derived hierarchical porous carbon with optimized pore structure for supercapacitor. Electrochimica Acta. 2020;355:136801.
25. Adhamash E, Pathak R, Chen K, Rahman MT, El-Magrous A, Gu Z, Zhou Y. High-energy plasma activation of renewable carbon for enhanced capacitive performance of supercapacitor electrode. Electrochimica Acta. 2020;362:137148.
26. Dai P, Zhang S, Liu H, Yan L, Gu X, Li L, Zhao X. Cotton fabrics-derived flexible nitrogen-doped activated carbon cloth for high-performance supercapacitors in organic electrolyte. Electrochimica Acta. 2020;354:136717.
27. Zhu JJ, Benages-Vilau R, Gomez-Romero P. Can polyoxometalates enhance the capacitance and energy density of activated carbon in organic electrolyte supercapacitors?. Electrochimica Acta. 2020;362:137007.
28. Suleman M, Deraman M, Hashmi SA, Othman MAR, Kumar Y, Rajouria SK, Jasni MRM. Accommodating succinonitrile rotators in micro-pores of 3D nano-structured cactus carbon for assisting micro-crystallite organization, ion transport and surplus pseudo-capacitance: An extreme temperature supercapacitor behavior. Electrochimica Acta. 2020;333:135547.
29. Esarev IV, Agafonov DV, Surovikin YV, Nesov SN, Lavrenov AV. On the causes of non-linearity of galvanostatic charge curves of electrical double layer capacitors. Electrochimica Acta. 2021;390:138896.
30. Zhao M, Shi M, Zhou H, Zhang Z, Yang W, Ma Q, Lu X. Self-discharge of supercapacitors based on carbon nanosheets with different pore structures. Electrochimica Acta. 2021;390:138783.
Рецензия
Для цитирования:
Воропай А.Н., Лебедев И.Ю., Кисина А.Д., Осетров Е.С. Определение истинной емкости пористых углеродных материалов полученных с использованием щавелевой кислоты. Физика, химия и науки о Земле. 2024;(1):10-22.
Просмотров:
48
Послать статью по эл. почте 