РЕСУРСНАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ В СУПЕРКОНДЕСАТОРАХ С ОРГАНИЧЕСКИМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ
Аннотация
Одним из достоинств суперконденсаторов по сравнению с аккумуляторами является их потенциально высокий ресурс. Ресурсная стабильность, как и саморазряд суперконденсатора с электродами из активированных углей зависят от многих факторов. Важнейшие из них это наличие примесей в электролите, в углеродных материалах и функциональные группы на поверхности электродных материалов. Авторами предложен перспективный углеродный материал – активированный уголь из древесины, полученный термохимическим синтезом. Достигнуты значения электрической емкости на уровне 160 Ф/г в составе суперконденсаторов с апротонным органическим электролитом (1М тетраэтиламмония тетрафторборат). Проведено исследование свойств разработанного активированного угля из древесины, имеющее целью проверку его ресурсных возможностей в составе суперконденсатора с органическим электролитом. Ресурсные испытания длились более 6,5 мес. На сегодняшний день достигнуто более миллиона циклов заряда – разряда при токе заряда 100 мА/см2. Установлено, что функциональные группы оказывают большее влияние на ресурс суперконденсаторов. Для достижения высоких показателей ресурсной стабильности в разработанной технологии активации угля предусмотрена минимизация количества функциональных групп. Дополнительно проводилась термообработка угля после активации в среде аргона при повышенных температурах. Показано, что электрохимические характеристики суперконденсатора на всем протяжении ресурсных испытаний находятся на стабильном уровне. Таким образом, есть основания полагать, что устройства с данным активированным углем смогут непрерывно работать в течение большого периода времени, что особенно важно, например, для автономных систем, расположенных в труднодоступных местах.
Литература
Yu A., Chabot V., Zhang J. Electrochemical Supercapaci-tors for Energy Storage and Delivery: Fundamentals and Applications. Taylor & Francis Group, LLC. 2013. P. 377.
Xu B., Wu F., Chen R., Cao G., Chen S., Zhou Z., Yang Y. Highly mesoporous and high surface area carbon: A high capacitance electrode material for EDLCs with various elec-trolytes. Electrochem. Commun. 2008. V. 10. P. 795-797.
Frackowiak E. Supercapacitors based on carbon materials and ionic liquids. J. Braz. Chem. Soc. 2006. V. 17. N 6. P. 1074-1082.
Simon. P., Gogotsi Y. Materials for electrochemical capaci-tors. Nature. Materials. 2008. V. 7. P. 845-854.
Bagotsky V.S., Skundin A.M., Volfkovich Yu.M. Elec-trochemical Power Sources. Batteries, Fuel Cells, Superca-pacitors. N.J.: Jhon Wiely & Sons Inc. Publisher. 2015. 372 p.
Dobele G., Volperts A., Zhurinsh A., Vervikishko D., Shkolnikov E., Ozolinsh J. Wood based activated carbons for supercapacitor electrodes with sulfuric acid electrolyte. Holzforschung. 2017. 71(7-8). P. 591–598. DOI: 10.1515/hf-2016-0183.
Vervikishko D.E., Shkol’nikov E.I., Yanilkin I.V., Chirkov Yu.G., Rostokin V.I. Effect of the conditions of activated carbon synthesis from wood on its porous structure and the specific characteristics of double layer supercapaci-tors with a sulfuric acid-based electrolyte. Russ. J. Electro-chem. 2017. V. 53. N 5. P. 500-508. DOI: 10.1134/S1023193517050159.
Volperts A., Dobele G., Zhurinsh A., Vervikishko D., Shkolnikov E., Ozolinsh J. Wood based activated carbons for supercapacitor electrodes with a sulfuric acid electrolyte. New carbon materials. 2017. V. 32. N 4. DOI: 10. 1016/ S1872-5805(17)60125-2.
Yanilkin I.V., Sametov A.A., Atamanyuk I.N., Volpert A., Dobele G.V., Zhurilova M.A., Grigorenko A.A., Ko-lokol’nikov V.N., Vervikishko D.E., Shkolnikov E.I. Po-rous structure and electrical capacitance of charcoals in aque-ous and organic electrolytes. Russ. J. Appl. Chem. 2015. V. 88. N 7. P. 1157–1167. DOI: 10.1134/S1070427215070095.
Dobele G., Volperts A., Telysheva G., Zhurinsh A., Vervikishko D., Sametov A., Shkolnikov E., Ozolinsh J. Wood-based activated carbons for supercapacitors with or-ganic electrolyte. Holzforschung. 2015. 69(6). P. 777-784. DOI: 10.1515/hf-2014-0272.
Vervikishko D.E, Yanilkin I.V., Atamanyuk I.N., Same-tov A.A., Shkolnikov E.I., Dobele G.V., Volperts A. Ac-tivated carbon for supercapacitor electrodes with an aqueous electrolyte. High Temperature. 2015. V 53. N 5. P. 758-764. DOI: 10.1134/S0018151X15050272.
Shkol'nikov E.I., Vitkina D.E. Nanoporous structure char-acteristics of carbon materials for supercapacitors. Limited evaporation technique. High Temperature. 2010. V. 48. N 6. P: 815-822.
Shkolnikov E., Sidorova E., Malakhov A., Volkov V., Julbe A., Ayral A. Estimation of pore size distribution in MCM-41-type silica using a simple desorption technique. Adsorption. 2011. V. 17(6). P. 911. DOI: 10.1007/s10450-011-9368-9.
Shkolnikov E.I., Sidorova E.V., Shaitura N.S., Vervi-kishko D.E., Grigorenko A.V. Handbook of Functional Nanomaterials. Volume 2 - Characterization and Reliability. Chap. 3. Enhanced Method for Study of Materials Nanopo-rous Structure. 2014.
Kiseleva E., Yanilkin I., Grigorenko A., Shkolnikov E., Val’yano G. The research of resource stability of carbons as a part of supercapacitor electrodes with organic electrolyte. Electrokhimiya. 2017. N 11. Р. 1403-1410 (in Russian). DOI: 10.7868/S0424857017110019.
Kurzweil P., Chwistek M. Electrochemical stability of or-ganic electrolytes in supercapacitors: Spectroscopy and gas analysis of decomposition products. J. Power Sources. 2008. V. 176. P. 555. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2007.08.070.
Azais P., Duclaux L., Florian P., Massiot D., Lillo-Rodenas M.-A. Causes of supercapacitors ageing in organic electrolyte. J. Power Sources. 2007. V. 171. P. 1046. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2007.07.001.
Bleda-Martinez M.J., Macia-Agullo J.A., Lozano-Castello D., Morallon E., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A. Role of surface chemistry on electric double layer capacitance of carbon materials. Carbon. 2005. V. 43. Iss. 13. P. 2677-2684.
Lota G., Centeno T.A. Frackowiak, Stoeckli F. Improve-ment of the structural and chemical properties of a commer-cial activated carbon for its application in electrochemical ca-pacitors. Electrochim. Acta. 2008. V. 53. P. 2210-2216.
Lozano-Castello D., Marko-Lozar J.P., Bleda-Martinez M.J., Montilla F., Morallon E., Linares-Solano A., Ca-zorla-Amoros D. Relevance of porosity and surface chemis-try of superactivated carbons in capacitors. Tanso. 2013. N 256. P. 41-47.
