Изготовление электродных материалов накопителей энергии на основе графеноподобного углерода, полученного из луковой шелухи
DOI:
https://doi.org/10.18321/cpc21(3)139-146Ключевые слова:
суперконденсаторы, карбонизация, активация, активированный уголь, электрод, графитизация.Аннотация
В данной работе представлен синтез графеноподобного углерода из луковой шелухи (ГПУ), использованной в качестве прекурсора, для изготовления электродных материалов накопителей энергии. ГПУ был синтезирован из луковой шелухи (ЛШ) методом предварительной карбонизации при температуре 550 °С и последующей термохимической активации в КОН при температуре 850 °С в реакторе из нержавеющей стали. Структура и морфология полученных образцов ГПУ были исследованы методами СЭМ, рентгенодифракционного анализа, Рамановской спектроскопии. Электрохимические и вольтамперные характеристики (ВАХ) образцов определяли с использованием потенциостат-гальваностата Elins P–40X. Морфология поверхности образца ГПУ–ЛШ показывает, что при карбонизации при температуре 550 °С появляется характерное термическое расслоение материала, которое после активации в КОН при температуре 850 °С позволяет получить развитую поверхность с чешуйками графеноподобного углерода. На рентгеновской дифрактограмме отмечены уширенные пики в области 2 theta 40–50°, характерные для графеноподобных структур. Рамановская спектроскопия определила образование многослойного графена с большим количеством структурных дефектов. Синтезированный порошок ГПУ–ЛШ применялся в качестве активного материала при сборке двухслойного электрохимического конденсатора. Собранный конденсатор показал следующиеи электрохимические характеристики – значение удельной емкости 130 Ф/г и кулоновский КПД 94,7% при гравиметрической плотности тока 1000 мА/г. Полученные результаты демонстрируют эффективность применения графеноподобного углерода, полученного из биоотходов – луковой шелухи, который является перспективным материалом для суперконденсаторов с высоким рабочим напряжением.
Библиографические ссылки
(1). Sathyan TV, Thomas J, Thomas N (2023) 29 June. International Journal of Hydrogen Energy. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.06.158
(2). Prashant D, Vishal S, Priyanka H. Maheshwari, Shashank S (2020) Carbon 170:5595. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.07.056
(3). Amrita R, Saptarshi K, Ghosal R, Kinsuk N, Anil K (2021) ACS Omega 60:7746. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c01710
(4). Gunasekaran S.S, Gopalakrishnan A, Subashchandrabose R, Badhulika S (2021) Journal of Energy Storage 42:103048. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103048
(5]. Fu HH, Chen L, Gao H, Yu X, Hou J, Wang G, Guo X (2020) Internationa Journal of Hydrogen Energy 45:1. https://doi.org/10.1016/j. ijhydene.2019.10.159.
. Jayachandran MS, Kishore B, Maiyalagan T, Rajadurai N, Vijayakumar T (2021) Materials Letters 301:130335. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130335
(7). He X, Ling P, Yu M, Wang X, Zhang X, Zheng M (2013) Electrochimica Acta 105:635-641. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.05.050
(8). Song X, Ma X, Li Y, Liang D, Jiang R (2019) Applied Surface Science 487:89-197. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.04.277
(9). Liu Y, Wang X, Jiang X, Li X, Yu L (2018) Nanoscale 10: 22848–22860. https://doi.org/10.1039/C8NR06966B
(10). Zhu Y, Hu H, Li W, Zhang X (2007) Carbon 45:160-165. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2006.07.010
(11). Wang H, Xu Z, Kohandehghan A, Li Z, Cui K, Tan X, Stephenson TJ, King’ondu CK, Holt CM, OO Hen BC, Tak JK, Harfi eld D, Anyia AO, Mitlin D (2013) ACS Nano 7:5131-5141. https://doi.org/10.1021/nn400731g
(12). Ashraf CM, Anilkumar KM, Jinisha B, Manoj M, Pradeep VS, Jayalekshmi S (2018) J. Electrochem. Soc. 165:A900-A909. https://doi.org/10.1149/2.0491805jes
(13). Liu B, Zhang L, Qi P, Zhu M, Wang G, Ma Y, Guo X, Chen H, Zhang B, Zhao Z, Dai B, Yu F (2016) Nanomaterial 6:18. https://doi.org/ 10.3390/nano6010018
(14). Balathanigaimani MS, Shim WG, Lee MJ, Kim C, Lee JW, Moon H (2008) Electrochem. Commun. 10:868–871. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2008.04.003
(15). Dewei W, Shijia L, Guoli F, Guihong G, Jinfu M (2016) Electrochimica Acta 216. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.09.053
(16). Yeleuov M, Daulbayev C, Taurbekov A, Abdisattar A, Ebrahim R, Kumekov S, Prikhodko N, Lesbayev B, Karakozov B (2021) Diamond & Related Material 119:108560. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2021.108560
(17). Caturla F, Molina-Sabio M, Rodrí guez-Reinoso F (1991) Carbon 29:999-1007. https://doi.org/10.1016/0008-6223(91)90179-M
(18). Gopalakrishnan, A, Badhulika S (2021) Journal of Energy Storage 38:102533. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102533
(19). Gao Y, Zhou YS, Qian M, He XN, Redepenning J, Goodman P, Lu Y. F (2013) Carbon 51:52-58. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.08.009
(20). Wang Y, Shi Z, Huang Y, Ma Y, Wang C, Chen M, Chen Y (2009) The Journal of Physical Chemistry C 113(30):13103-13107. https://doi.org/10.1021/jp902214f
(21). Gopalakrishnan A, Kong CY, Badhulika S (2019) New Journal of Chemistry 43(3):1186-1194. https://doi.org/10.1039/C8NJ05128C
(22). Chong HM, Hinder SJ, Taylor AC. (2016) J Mater Sci 51(19):8764-8790. https://doi.org/10.1007/s10853-016-0160-9
(23). Zhang LL, Zhao XS (2009) Chem. Soc. Rev. 38:2520. https://doi.org/10.1007/s10853-016-0160-9
(24). Fic K, Lota G, Meller M, Frackowiak E (2012) Energy Environ. Sci. 5:5842-5850. https://doi.org/10.1039/C1EE02262H
(25). Levie de R (1964) Electrochim. Acta 9:1231-1245. https://doi.org/10.1016/0013-4686(64)85015-5
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
