Изготовление эффективного электродного материала для химических накопителей энергии из чайной биомассы методом микроволновой карбонизации и физической активации
DOI:
https://doi.org/10.18321/cpc23(2)185-192Ключевые слова:
биомасса, листовой чай, микроволновая карбонизация, физическая активация, электрод, суперконденсаторАннотация
Настоящая работа посвящена получению и исследованию углеродного материала из листовых чайных отходов для применения в системах накопления энергии. Синтез проводился методом микроволновой карбонизации с последующей физической активацией в атмосфере диоксида углерода (CO2). Для повышения теплопередачи и равномерного нагрева в реакционной зоне в процессе использовался карбид кремния. Полученный активированный углерод характеризуется пористой структурой и хорошей электропроводностью. Структурные и морфологические свойства образцов исследовались с помощью рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии и рамановской спектроскопии. Электрохимические характеристики оценивались методами циклической вольтамперометрии, гальваностатического заряда-разряда и электрохимической импедансной спектроскопии. Образец ФА-30 продемонстрировал высокую удельную емкость (до 152 Ф/г) и отличную стабильность при длительном циклировании, сохранив более 75% начальной емкости после 3000 циклов. Анализ электрохимической импедансной спектроскопии показал низкое последовательное сопротивление (~1 Ом) и минимальное сопротивление переноса заряда, что свидетельствует о быстром прохождении электрохимических процессов и хорошей ионной проводимости в пористой структуре материала. Полученные результаты свидетельствуют о высоком потенциал разработанного материала для использования в электродах суперконденсаторов.
Библиографические ссылки
(1) J. Castro-Gutiérrez, A. Celzard, V. Fierro, Energy storage in supercapacitors: focus on tannin-derived carbon electrodes, Front. Mater. 7 (2020) 217. Crossref
(2) P. Chaluvachar, Y.N. Sudhakar, G.T. Mahesha, V.G. Nair, N. Desai, D.K. Pai, Emerging role of graphitic carbon nitride in advanced supercapacitors: a comprehensive review, J. Energy Chem. (2024) 532. Crossref
(3) S. Bhoyate, C.K. Ranaweera, C. Zhang, T. Morey, M. Hyatt, P.K. Kahol, M. Ghimire, S.R. Mishra, R.K. Gupta, Eco-friendly and high performance supercapacitors for elevated temperature applications using recycled tea leaves, Glob. Chall. 1 (2017) 1700063. Crossref
(4) R. Beissenov, A. Duisenbek, Y. Beisenova, K. Askaruly, M. Yeleuov, A. Abdisattar, Activated biomass-derived 3-dimensional porous graphene-like carbon for high-performance energy storage electrode materials, Diam. Relat. Mater. 149 (2024) 111588. Crossref
(5) B. Debnath, D. Haldar, M.K. Purkait, Potential and sustainable utilization of tea waste: A review on present status and future trends, J. Environ. Chem. Eng. 9 (2021) 106179. Crossref
(6) W. Ao, J. Fu, X. Mao, N. Wahab, C. Ran, Q. Kang, Y. Liu, Z. Jiang, J. Dai, X. Bi, Characterization and analysis of activated carbons prepared from furfural residues by microwave-assisted pyrolysis and activation, Fuel Process. Technol. 213 (2021) 106640. Crossref
(7) K.Y. Foo, B.H. Hameed, Preparation of activated carbon by microwave heating of langsat (Lansium domesticum) empty fruit bunch waste, Bioresour. Technol. 116 (2012) 522–525. Crossref
(8) A. Ahmad, M.A. Gondal, M. Hassan, R. Iqbal, S. Ullah, A.S. Alzahrani, W.A. Memon, F. Mabood, S. Melhi, Preparation and Characterization of Physically Activated Carbon and Its Energetic Application for All-Solid-State Supercapacitors: A Case Study, ACS Omega 8 (2023) 21653–21663. Crossref
(9) G. Greco, R.L.S. Canevesi, C. Di Stasi, A. Celzard, V. Fierro, J.J. Manyà, Biomass-derived carbons physically activated in one or two steps for CH₄/CO₂ separation, Renew. Energy 191 (2022) 122–133. Crossref
(10) A. Duisenbek, Y. Beisenova, R. Beissenov, K. Askaruly, M. Yeleuov, A. Abdisattar, Onion husk-derived high surface area graphene-like carbon for supercapacitor electrode material application, Heliyon 10 (2024). Crossref
(11) M. Yeleuov, C. Daulbayev, A. Taurbekov, A. Abdisattar, R. Ebrahim, S. Kumekov, N. Prikhodko, B. Lesbayev, K. Batyrzhan, Synthesis of graphene-like porous carbon from biomass for electrochemical energy storage applications, Diam. Relat. Mater. 119 (2021) 108560. Crossref
(12) N. Ahmad, A. Rinaldi, M. Sidoli, G. Magnani, V. Vezzoni, S. Scaravonati, L. Pasetti, L. Fornasini, H. Gupta, M. Tamagnone, F. Ridi, C. Milanese, M. Riccò, D. Pontiroli, Pre-treated biomass waste melon peels for high energy density semi solid-state supercapacitors, J. Power Sources 624 (2024) 235511. Crossref
(13) T.M. Bandara, A.M. Alahakoon, B.-E. Mellander, I. Albinsson, Activated carbon synthesized from Jack wood biochar for high performing biomass derived composite double layer supercapacitors, Carbon Trends 15 (2024) 100359. Crossref
(14) J. Hou, K. Jiang, R. Wei, M. Tahir, X. Wu, M. Shen, X. Wang, C. Cao, Popcorn-Derived Porous Carbon Flakes with an Ultrahigh Specific Surface Area for Superior Performance Supercapacitors, ACS Appl. Mater. Interfaces 9 (2017) 30626–30634. Crossref
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Как цитировать
