Функционализация углеродных нанооболочек и ее влияние на характеристики суперконденсаторов

Алексей Владимирович Сосунов (Alexei V. Sosunov), Оксана Рифовна Семенова (Oksana R. Semenova), Гамини Суманасекера (Gamini U. Sumanasekera)

Аннотация


В данной работе исследованы электрохимические характеристики функционализированных во фторной радиочастотной плазме углеродных нанооболочек. Показано, что при функционализации увеличивается концентрация присоединенных гетероатомов фтора на поверхности углеродных нанооболочек. Установлено, что удельная емкость суперконденсаторов возрастает на 20% после слабой обработки (CF0.05) материалов по сравнению с контрольными образцами (130 Ф/г при плотности тока 1 А/г с деградацией 3% после 1000 циклов заряда/разряда) за счет псевдоемкости. Выявлено, что с повышением времени обработки материалов преобладают процессы блокировки пор с соответствующим снижением емкостных свойств суперконденсаторов до 30 Ф/г после 30 ч обработки.


Ключевые слова


суперконденсатор; углеродные нанооболочки; функционализация; электрохимические характеристики; удельная емкость; псевдоемкость

Полный текст:

PDF

Литература


Yu G., Xie X., Pan L., Bao Z. et al. Hybrid nanostructured materials for high-performance electrochemical capacitors. Nano Energy. 2013, vol. 2, pp. 213–234. DOI: 10.1016/j.nanoen.2012.10.006

Chen X., Paul R., Dai L. Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage. Natl. Sci. Rev. 2017, vol. 4, p. 453–489. DOI: 10.1093/nsr/nwx009

Simon P., Gogots Y. Materials for electrochemical capacitors. Nature. 2008, vol. 7, pp.845–854. DOI: 10.1038/nmat2297.

Bakandritsos A., Jakubec P., Pykal M., Otyepka M. Covalently functionalized graphene as a supercapacitor electrode material. Flat Chem. 2019, vol. 13, pp. 25–33. DOI: 10.1016/j.flatc.2018.12.004

Tabarov F. S., Astakhov M. V., Kalashnik A. T. et al. Micro-mesoporous carbon materials prepared from the hogweed (Heracleum) stalks as electrode materials for supercapacitors. Russ. J. Electrochem. 2019, vol. 55, pp. 265–271. DOI: 10.1134/S1023193519020125

Wang G., Zhang L., Zhang J. A review of electrode materials for electrochemical supercapacitors. Chem. Soc. Rev. 2012, vol. 41, pp. 797–828. DOI: 10.1039/c1cs15060j.

Lin T., Chen I.W., Liu F., Yang C. et al. Nitrogen-doped mesoporous carbon of extraordinary capacitance for electrochemical energy storage. Science. 2015, vol. 350, pp. 1508–1513. DOI: 10.1126/science.aab3798.

Sha R., Badhulika S. Binder free platinum nano-particles decorated graphene-polyaniline composite film for high performance supercapacitor application. Electrochem. Acta. 2017, vol. 251, pp. 505-512. DOI: 10.1016/j.electacta.2017.08.140

An N., Hu Z., Wu H., Yang Y. et al. Organic multi-electron redox couple-induced functionalization for enabling ultrahigh rate and cycling performances of supercapacitors. J. Mater. Chem. A. 2017, vol. 5, pp. 25420–25430. DOI: 10.1039/C7TA07389E

Guo H., Gao Q. J. Boron and nitrogen Co-doped porous carbon and its enhanced properties as supercapacitor. J. Power Sources. 2009, vol. 186, pp. 551-556. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2008.10.024

Zhao J., Jiang Y., Fan H., Liu M., et al. Porous 3D few-layer graphene-like carbon for ultra-high-power supercapacitors with well-defined structure-performance relationship. Adv. Mater. 2017, vol. 29, 1604569. DOI: 10.1002/adma.201604569

Wang B., Wang J., Zhu J. Fluorination of graphene: a spectroscopic and microscopic study. ACS Nano. 2014, vol. 8, pp. 1862–1870. DOI: 10.1021/nn406333f

Zhang W., Spinelle L., Dubois M. et. al. New synthesis methods for fluorinated carbon nano-fibers and applications. J. Fluorine. Chem. 2010, vol. 131, pp. 676–683. DOI: 10.1016/j.jfluchem.2010.02.007

Jung M-J., Jeong E., Kim S. et. al. Fluorination effect of activated carbon electrodes on the electrochemical performance of electric double layer capacitor. J. Fluorine. Chem. 2011, vol. 132, pp. 1127–1133. DOI: 10.1016/j.jfluchem.2011.06.046

Bahugana G., Chaudhary S., Sharma R. K., Gupta R. Electrophilic. fluorination of graphitic carbon for enhancement in electric double‐layer capacitance. Energy Tech. 2019, vol. 7, 1900667. DOI: 10.1002/ente.201900667

Rudakov G. A., Sosunov A. V., Ponomarev R. S., Henner V. K. et al. Synthesis of hollow carbon nanoshells and their application for su-percapacitors. Physics of the Solid State. 2018, vol. 60, pp. 167–172. DOI: 10.1134/S1063783418010213

Sosunov A. V., Tsiberkin K. B., Henner V. K. The effect of functionalization of carbon nanoshells on their electrical properties. Bulletin of Perm University. Physics, 2019, no. 2, pp. 63–68. DOI: 10.17072/1994-3598-2019-2-63-68

Lei Z., Zhang J., Zhang L. L., Kumar N. A. et al. Functionalization of chemically derived graphene for improving its electrocapacitive ener-gy storage properties. Energy Environ. Sci. 2016, vol. 9, pp. 1891–1930. DOI: 10.1039/C6EE00158K

Ziolkowska D. A., Jangam J. S. D., Rudakov G., Paronyan T. M. et al. Simple synthesis of highly uniform bilayer-carbon nanocages. Carbon. 2017, vol. 115, p. 617–624. DOI: 10.1016/j.carbon.2017.01.055

Wagner C. D., Davis L. E., Zeller M. V., Taylor J. A. et al. Empirical atomic sensitivity factors for quantitative analysis by electron spec-troscopy for chemical analysis. Surface and Interface Analysis. 1981, vol 3, pp. 211–225. DOI: 10.1002/sia.740030506

Krestinin A. V., Kharitonov A. P., Shul'ga Yu. M., Zhigalina O. M. et. al. Fabrication and characterization of fluorinated single-walled carbon nanotubes. Nanotechnologies in Russia. 2009, vol. 4. pp. 60–78. DOI: 10.1134/S1995078009010078




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2020-2-57-64

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.


ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (специальности: 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы; 01.04.07 - Физика конденсированного состояния).

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).