Cинтез графена на поверхность металлических токосъемников для электрохимических накопителей энергии в углеводородном пламени

Ә.Ә. Әбдiсаттар; Н.Г. Приходько; М.А. Елеуов; Н.Б. Рахымжан; А.Б. Толынбеков; Н.К. Саитова; Қ. Асқарұлы; А.Т. Таурбеков

doi:10.18321/cpc24(1)9-20

Авторлар

Ә.Ә. Әбдiсаттар Жану проблемалары институты, Бөгенбай батыр к., 172, Алматы, Қазақстан; Satbayev University, Сəтбаев к., 22, Алматы, Қазақстан; Bes Saiman Group, Тулебаева к., 38, Алматы, Казахстан
Н.Г. Приходько Жану проблемалары институты, Бөгенбай батыр к., 172, Алматы, Қазақстан; Г. Дəукеев ат. Алматы энергетика жəне байланыс университеті, Байтұрсынов к., 126/1, Алматы, Қазақстан
М.А. Елеуов Жану проблемалары институты, Бөгенбай батыр к., 172, Алматы, Қазақстан; Satbayev University, Сəтбаев к., 22, Алматы, Қазақстан; Bes Saiman Group, Тулебаева к., 38, Алматы, Казахстан
Н.Б. Рахымжан Жану проблемалары институты, Бөгенбай батыр к., 172, Алматы, Қазақстан
А.Б. Толынбеков Жану проблемалары институты, Бөгенбай батыр к., 172, Алматы, Қазақстан; Əл-Фараби ат. Қазақ ұлттық университеті, əл-Фараби даң., 71, Алматы, Қазақстан
Н.К. Саитова Жану проблемалары институты, Бөгенбай батыр к., 172, Алматы, Қазақстан; Satbayev University, Сəтбаев к., 22, Алматы, Қазақстан; Bes Saiman Group, Тулебаева к., 38, Алматы, Казахстан
Қ. Асқарұлы Жану проблемалары институты, Бөгенбай батыр к., 172, Алматы, Қазақстан; Г. Дəукеев ат. Алматы энергетика жəне байланыс университеті, Байтұрсынов к., 126/1, Алматы, Қазақстан; Satbayev University, Сəтбаев к., 22, Алматы, Қазақстан; Bes Saiman Group, Тулебаева к., 38, Алматы, Казахстан
А.Т. Таурбеков Жану проблемалары институты, Бөгенбай батыр к., 172, Алматы, Қазақстан; Satbayev University, Сəтбаев к., 22, Алматы, Қазақстан; Bes Saiman Group, Тулебаева к., 38, Алматы, Казахстан

DOI:

https://doi.org/10.18321/cpc24(1)9-20

Кілт сөздер:

жалын, жанарғы, пропан, аргон, ток жинағыш, графен, көміртек

Аңдатпа

Жұмыстың мақсаты атмосфералық жағдайларда көмірсутекті жалында металл ток алғышқа графенді синтездеу әдісін пысықтау болып табылады. Металл ток жинағыштың бетіндегі графен қабаты электр өткізгіштігін арттырады, суперконденсаторларда қолданылатын электролиттерге химиялық төзімділікті арттыратыны және графен негізіндегі көміртектің қос электрлік қабатының арқасында конденсатордың меншікті сыйымдылығын арттыратыны анықталды. Жұмыста алғаш рет оның пайдалану және электрохимиялық сипаттамаларын арттыру үшін нақты ток алғыштың металл бетіне атмосфералық жағдайларда жалындағы графенді синтездеу әдісі ұсынылды және зерттелді. Жалындағы наноқұрылымдар бірден, 10^-5-тен 10^-3 секундқа дейін түзілетінін ескерсек, металл ток жинағышындағы жалында графен синтезі процесі де қысқа мерзімде жүреді, бұл CVD әдісімен салыстырғанда үлкен артықшылық болып табылады. Графен синтезінің жалын әдісі жоғары сапалы графенді қажет етпейтін қолданбалар үшін, атап айтқанда электрохимиялық энергия сақтау құрылғыларының (суперконденсаторлар, литий-ионды батареялар) электродтары үшін болашағы зор деген қорытынды жасалды.

Әдебиеттер тізімі

(1) L.F. Avala, M. Ghoranneviss, G.B. Pour. High-performance supercapacitors based on the carbon nanotubes, graphene and graphite nanoparticles electrodes. Heliyon 4 (2018) 2405–2422. Crossref

(2) Y. Ping, Y. Gong, Q. Fua, C. Pan. Preparation of three-dimensional graphene foam for high performance supercapacitors. Progress in Natural Science: Materials International 27 (2017) 177–181. Crossref

(3) S. Gupta. Recent development in graphene technology for multidisciplinary properties and its applications: A Review. International Journal of Scientific and Research Publications 10 (2020) 199–210. Crossref

(4) R.S. Edwards, K.S. Coleman. Graphene synthesis: relationship to applications. Nanoscale 5 (2013) 38–51. Crossref

(5) Y.B. Tan, J.M. Lee. Graphene for supercapacitor applications. Journal of Materials Chemistry A 1 (2013) 14814–14843. Crossref

(6) S.T. Nurbolat, M. Gabdullin, Z. Kalkozova, M. Mirzaeian, K. Abdullin. Capacitive electrodes based on a combination of activated carbon and graphene. Physical Sciences and Technology 9 (2022) 18–24. Crossref

(7) N.A. Abdel Ghany, S.A. Elsherif, H.T. Handal. Revolution of graphene for different applications: state-of-the-art. Surfaces and Interfaces 9 (2017) 93–106. Crossref

(8) A. Phaedon, Ch. Dimitrakopoulos. Graphene: synthesis and applications. Materials Today 15 (2012) 86–97. Crossref

(9) B.L. Dasari, J.M. Nouri, D. Brabazon, S. Naher. Graphene and derivatives – synthesis techniques, properties and their energy applications. Energy 140 (2017) 766–778. Crossref

(10) X.J. Lee, B.Y. Hiew, L.K.C. Zhang, L.Y. Lee, S. Gan, et al. Review on graphene and its derivatives: synthesis methods and potential industrial implementation. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 98 (2018) 163–180. Crossref

(11) Y. Shao, M.F. El-Kady, C.-W. Lin, G. Zhu, K.L. Marsh, et al. 3D freeze-casting of cellular graphene films for ultrahigh power-density supercapacitors. Advanced Materials 28 (2016) 6719–6726. Crossref

(12) Y. Zhang, L.Y. Zhang, C.W. Zhou. Review of chemical vapor deposition of graphene and related applications. Accounts of Chemical Research 46 (2013) 2329–2339. Crossref

(13) H. Huang, S. Chen, A.T.S. Wee, W. Chen. Chapter 1 – Epitaxial growth of graphene on silicon carbide (SiC). Graphene (2014) 3–26. Crossref

(14) N. Raghavan, S. Thangavel, G. Venugopal. A short review on preparation of graphene from waste and bioprecursors. Applied Materials Today 7 (2017) 246–254. Crossref

(15) M. Yeleuov, Ch. Daulbayev, A. Taurbekov, A. Abdisattar, R. Ebrahim, et al. Synthesis of graphene-like porous carbon from biomass for electrochemical energy storage applications. Diamond & Related Materials 119 (2021) 108560–108567. Crossref

(16) A. Abdisattar, M. Yeleuov, Ch. Daulbayev, K. Askaruly, A. Tolynbekov, et al. Recent advances and challenges of current collectors for supercapacitors. Electrochemistry Communications 142 (2022) 107373–107384. Crossref

(17) S. Tao, Z. Zeng, X. Shi, C. Liao, E. Guo, et al. Important effect of Pt modification at the collector/active material interface of flexible micro-supercapacitors. Applied Surface Science 456 (2018) 410–418. Crossref

(18) P. Chomkhuntod, P. Iamprasertkun, P. Chiochan, P. Suktha, M. Sawangphruk. Scalable 18,650 aqueous-based supercapacitors using hydrophobicity concept of anti-corrosion graphite passivation layer. Scientific Reports 11 (2021) 13082. Crossref

(19) M. Arvani, J. Keskinen, D. Lupo, M. Honkanen. Current collectors for low resistance aqueous flexible printed supercapacitors. Journal of Energy Storage 29 (2020) 101384. Crossref

(20) L. Tong, K.H. Skorenko, A.C. Faucett, S.M. Boyer, J. Liu, et al. Vapor-phase polymerization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) on commercial carbon coated aluminum foil as enhanced electrodes for supercapacitors. Journal of Power Sources 297 (2015) 195–201. Crossref

(21) C. Lei, F. Markoulidis, P. Wilson, C. Lekakou. Phenolic carbon cloth-based electric double-layer capacitors with conductive interlayers and graphene coating. Journal of Applied Electrochemistry 46 (2016) 251–258. Crossref

(22) M.S.A. Bhuyan, M.N. Uddin, M.M. Islam, F.A. Bipasha, S.S. Hossain. Synthesis of graphene. International Nano Letters 6 (2016) 65–83. Crossref

(23) N.K. Memon, S.D. Tse, J.F. Al-Sharab, H. Yamaguchi, A.-M.B. Goncalves, et al. Flame synthesis of graphene films in open environments. Carbon 49 (2011) 5064–5070. Crossref

(24) N.G. Prikhodko, G.T. Smagulova, N. Rakhymzhan, M. Auelkhankyzy, B.T. Lesbayev, et al. Synthesis of single-layer graphene in benzene-oxygen flame at low pressure. Combustion Science and Technology 190 (2018) 1923–1934. Crossref

(25) N.K. Memon, D.H. Anjum, S.H. Chung. Multiple-diffusion flame synthesis of pure anatase and carbon-coated titanium dioxide nanoparticles. Combustion and Flame 160 (2013) 1848–1856. Crossref

(26) Z. Paltusheva, Y. Kedruk, L. Gritsenko, M. Tulegenova, V. Syritski, et al. The influence of synthesis parameters and thermal treatment on the optical and structural properties of zinc oxide-based nanomaterials. Physical Sciences and Technology 11 (2024) 49–57. Crossref

(27) N.G. Prikhodko, M. Auyelkhankyzy, B.T. Lesbayev, Z.A. Mansurov. The effect of pressure on the synthesis of graphene layers in the flame. Journal of Materials Science and Chemical Engineering 2 (2014) 13–19. Crossref

(28) N.G. Prikhodko, Z.A. Mansurov, M. Auelkhankyzy, B.T. Lesbayev, M. Nazhipkyzy, et al. Flame synthesis of graphene layers at low pressure. Russian Journal of Physical Chemistry B 9 (2015) 743–747. (In Russ.). Crossref

(29) Z. Li, H. Zhu, D. Xie, K. Wang, A. Cao, et al. Flame synthesis of few-layered graphene/graphite films. Chemical Communications 47 (2011) 3520–3522. Crossref