Изготовление электродов на основе пористого графеноподобного углерода из биомассы для суперконденсаторов с высокой производительностью

Авторы

  • А.Н. Дүйсенбек Satbayev University, ул. Сатпаева, 22, Алматы, Казахстан; Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан
  • Е.Е. Бейсенова Satbayev University, ул. Сатпаева, 22, Алматы, Казахстан; Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан
  • Қ. Асқарұлы Satbayev University, ул. Сатпаева, 22, Алматы, Казахстан; Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан; Алматинский университет энергетики и связи им. Г. Даукеева, ул. Байтурсынова, 126/1, Алматы, Казахстан
  • Р.Е. Бейсенов Казахстанско-Британский технический университет, ул. Толе би, 59, Алматы, Казахстан; Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан
  • А.Д. Кұдайбергенов Satbayev University, ул. Сатпаева, 22, Алматы, Казахстан; Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан
  • С. Тұрсынтай Satbayev University, ул. Сатпаева, 22, Алматы, Казахстан; Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан
  • Н. Г. Приходько Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан; Алматинский университет энергетики и связи им. Г. Даукеева, ул. Байтурсынова, 126/1, Алматы, Казахстан

DOI:

https://doi.org/10.18321/cpc22(2)91-98

Ключевые слова:

иомасса, электрод, графеноподобный углерод, суперконденсатор, карбонизация, активация, графен

Аннотация

В данной работе представлены результаты применения пористого графеноподобного углерода из кофейных отходов в качестве активного материала электродов суперконденсаторов. Графеноподобный углерод (ГПУ) был получен путем карбонизации кофейных отходов (КО) при 550 °C с последующей термохимической активацией с KOH в соотношении 1:4 при температуре 850 °C. Структура и морфология полученного ГПУ-КО исследована методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ), а также Рамановской спектроскопии. Полученный ГПУ-КО был использован в качестве активного материала при сборке электродов для двухслойного электрохимического суперконденсатора. Измерения вольтамперных и электрохимических характеристик суперконденсаторов проводили на потенциостате-гальваностате. СЭМ-снимки карбонизованного ГПУ-КО показали развитую трехмерную микро- и мезопористую структуру. Термохимическая активация карбонизованного ГПУ-КО с КОН привела к образованию трехмерного каркаса из графеноподобного углерода с удельной поверхностью 2136 м2/г. Рамановские спектры ГПУ-КО определили наличие D и G колебательных мод углерода, а также наличие пика 2D, характерного для многослойного графена с многочисленными структурными дефектами. Электрохимические характеристики собранного суперконденсатора соответствуют следующим значениям: удельная емкость – 223 Ф/г при плотности тока 0,5 А/г, циклическая стабильность с сохранением емкости – не менее 95 % после 5000 циклов. Полученные результаты демонстрируют эффективность применения полученного пористого ГПУ-КО в качестве активного материала электродов в суперконденсаторах с высоким рабочим напряжением.

 

Библиографические ссылки

(1). Baxter J, Bian ZG, Chen, Danielson D, Dresselhaus MS, Fedorov AG, Fisher TS, Jones CW, Maginn E, Kortshagen U, Manthiram A, Nozik A, Rolison DR, Sands T, Shi L, Sholl D, Wu Y (2009) Energy & Environmental Science 2:559–588. Crossref

(2). Dubey P, Shrivastav V, Maheshwari PH, Sundriyal S (2020) Carbon 170:29. Crossref

(3). Lee SY, Choi Y, Kim J, Lee J, Bae JS, Jeong ED (2021) J. Ind. Eng. Chem 94:272–281. Crossref

(4). Yu K, Wang J, Wang X, Liang J, Liang C (2020) Mater. Chem. Phys. 243:122644. Crossref

(5). Wang CH, Wen WC, Hsu HC, Yao BY (2016) Adv. Powder Tech. 27: 1387–1395. Crossref

(6). Ashraf CM, Anilkumar KM, Jinisha B, Manoj M, Pradeep VS, Jayalekshmi S (2018) J. Electrochem Soc 165:900-A909. Crossref

(7). Zhang X, Zhong Y, Xia X, Xia Y, Wang D, Zhou C, Tang W, Wang X, Wu J.B, Tu J (2018) ACS Appl. Mater. Interfaces. 1-30. . Crossref

(8). Wang Y, Shi Z, Huang Y, Ma Y, Wang C, Chen M, Chen Y (2009) J. Phys. Chem. C. 113:13103–13107. Crossref

(9). Yeleuov M, Daulbayev C, Taurbekov A, Abdisattar A, Ebrahim R, Kumekov S, Prikhodko N, Lesbayev B, Batyrzhan K (2021) Diam. Relat. Mater 119:108560. Crossref

(10). Lee J, Hwang T, Oh J, Kim J.M, Jeon Y, Piao Y (2018) J. Alloys Compd 736:42–50. Crossref

(11). Adan-Mas A, Alcaraz L, Arévalo-Cid P, Félix A, López-Gómez, Montemor F (2021) Waste Management 120:280–289. Crossref

(12). Chiu Y.-H, Lin L.-Y, (2019) Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 101:177–185. Crossref

(13). Bleu Y, Bourquard F, Loir A, Barnier V, Garrelie F, Donnet C (2019) J. Raman Spectrosc 50:1630–1641. Crossref

(14). Yang H, Tang Y, Huang X, Wang L, Zhang Q (2017) J. Mater. Sci. Mater. Electron 28:18637–18645. Crossref

(15). Rajesh M, Manikandan R, Park S, Kim B. C, Cho W, Yu K. H, Raj C. J (2020) Int. J. Energy Res 44:8591–8605. Crossref

(16). Sankar S, Lee H, Jung H, Kim A, Ahmed AT, Inamdar AI, Kim H, Lee S, Im H, Young K (2017) New J. Chem 41:13792–13797. Crossref

(17). Mi J, Wang X, Fan R, Qu W, Li W (2012) Energy Fuels 26:5321–5329. Crossref

(18). Misnon II, Zain NK, Jose R (2019) Waste Biomass Valorization 10:1731–1740. Crossref

Загрузки

Опубликован

17-06-2024

Как цитировать

Дүйсенбек, А., Бейсенова, Е., Асқарұлы, Қ., Бейсенов, Р., Кұдайбергенов, А., Тұрсынтай, С., & Приходько, Н. Г. (2024). Изготовление электродов на основе пористого графеноподобного углерода из биомассы для суперконденсаторов с высокой производительностью. Горение и плазмохимия, 22(2), 91–98. https://doi.org/10.18321/cpc22(2)91-98

Выпуск

Том 22 № 2 (2024): ГОРЕНИЕ И ПЛАЗМОХИМИЯ

Раздел

Статьи

Лицензия

Лицензия Creative Commons

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

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)