Функционализация углеродных нанооболочек и ее влияние на характеристики суперконденсаторов

Авторы

  • Алексей Владимирович Сосунов (Alexei V. Sosunov) Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • Оксана Рифовна Семенова (Oksana R. Semenova) Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • Гамини Суманасекера (Gamini U. Sumanasekera) University of Louisville, Louisville, USA

DOI:

https://doi.org/10.17072/1994-3598-2020-2-57-64

Ключевые слова:

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

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.

Биографии авторов

Алексей Владимирович Сосунов (Alexei V. Sosunov), Пермский государственный национальный исследовательский университет

инженер кафедры нанотехнологий и микросистемной техники

Оксана Рифовна Семенова (Oksana R. Semenova), Пермский государственный национальный исследовательский университет

доцент кафедры нанотехнологий и микросистемной техники

Библиографические ссылки

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

Загрузки

Опубликован

2020-07-13

Как цитировать

Сосунов (Alexei V. Sosunov) А. В., Семенова (Oksana R. Semenova) О. Р., & Суманасекера (Gamini U. Sumanasekera) Г. (2020). Функционализация углеродных нанооболочек и ее влияние на характеристики суперконденсаторов. Вестник Пермского университета. Физика, (2). https://doi.org/10.17072/1994-3598-2020-2-57-64

Выпуск

№ 2 (2020)

Раздел

Статьи

Лицензия

Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).

Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.

Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.

Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.

Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.

Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.

Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru

Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.