Звіт по науково-дослідній роботі. Остафійчук Богдан костянтинович. Структурно-морфологічні та електрохімічні властивості електродних матеріалів на основі нанопористого вуглецю та сульфідів і гідроксидів перехідних металів

Реєстраційний номер

0220U000495, 0117U004287 , Науково-дослідна робота

Назва роботи

Структурно-морфологічні та електрохімічні властивості електродних матеріалів на основі нанопористого вуглецю та сульфідів і гідроксидів перехідних металів

Назва етапу роботи

Керівник роботи

Остафійчук Богдан костянтинович,

Дата реєстрації

18-02-2020

Організація виконавець

Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України

Опис етапу

Метою роботи є отримання та дослідження фізико-хімічних властивостей наноструктурованих електродних матеріалів на основі нанопористого вуглецю, сульфідів і гідроксидів перехідних металів та створення електрохімічних конденсаторів з ємнісним, псевдоємнісним і фарадеївським типом накопичення зарядів на основі даних матеріалів для збільшення їх питомих енергетичних характеристик та істотного зменшення величини саморозряду. Запропоновано технології отримання нанопористих вуглецевих матеріалів (НВМ) шляхом карбонізації сировини рослинного походження в парогазовій та інертній атмосферах з наступною термохімічною активацією. Представлено способи збільшення величини питомої площі поверхні НВМ до 1880 м2/г шляхом варіації таких параметрів як температура та атмосфера карбонізації, концентрація і тип активаційного агента та спосіб активації, що дозволяє досягнути значень питомої ємності відповідних електрохімічних конденсаторів (ЕК) до 200 Ф/г з кулонівською ефективністю = 99,7% протягом 1000 циклів заряд/розряду. Оптимізовано методику N-допування НВМ та додаткового Fe-легування, що дозволяє підвищити питому ємність ЕК до 260 Ф/г за рахунок перебігу швидких редокс-реакцій з участю N-вмісних радикалів, іонів OH- та оксидів металів. Запропоновано спосіб синтезу нанокомпозитів MoS2/С шляхом поєднання гідротермальної методики з ультразвуковим опроміненням, що дозволяє отримати матеріали з питомою площею поверхні до 560 м2/г та електропровідністю 360 Cм/м і забезпечує значення питомої ємності відповідних прототипів гібридних ЕК до 260 Ф/г з кулонівською ефективністю 98% (2000 циклів). Для гібридних ЕК на основі Ni(OH)2/С досягнуто максимальних значень питомої ємності = 320 Ф/г з кулонівською ефективністю 99% (500 циклів) при оптимальному вмісті (10%) НВМ у композиті та за умови ультразвукового опромінення. Для аморфізованих композитів FeOOH/НВМ досягнуто максимальних значень питомої ємності 180-220 Ф/г з кулонівською ефективністю 85%.

Опис продукції

В результаті виконання НДР встановлено загальні закономірності впливу температурних режимів гідротермальної карбонізації та хімічної активації вуглецевих наномате-ріалів, що дозволило виявити оптимальний спосіб отримання вуглецевого електродного матеріалу для гібридних суперконденсаторів з кісточок абрикосу (питома площа поверхні ?1600 м2/г, сумарним об'ємом - 0,8 см3/г, середнім розміром пор -1,7 - 2,2 нм.). При активації поверхні НВМ азотовмісними функціональними групами та осадження оксидів металів на їх поверхню встановлено збільшення гідрофільності вуглецю, а утворені азото-вмісні групи беруть участь в швидких оборотних фарадеївських реакціях, які суттєво впливають на процеси заряд/розряду ПЕШ та накопичений заряд. На основі проведених досліджень було створено макети ЕК максимальні значення питомої ємності яких ста-новлять 160-180 Ф/г в діапазоні робочих струмів (10-100 мА) при максимальній зарядній напрузі 1 В. Показано, що при використанні азотовмісних НВМ в якості електродів ЕК питома ємність зр

Автори роботи

Груб'як Андрій Богданович
Кайкан Лариса Степанівна
Мокляк Володимир Володимирович
Остафійчук Богдан Костянтинович
Челядин Володимир Любомирович

Додано/оновлено в НРАТ

2020-04-02