search
ruРусский
banner
Дом / Блог / Иерархические электроды из пористой углеродной пены, изготовленные из отходов шаблона полиуретанового эластомера для двойных электрических электродов.
Блог
pageSearch
Последние новости

Иерархические электроды из пористой углеродной пены, изготовленные из отходов шаблона полиуретанового эластомера для двойных электрических электродов.

May 31, 2023May 31, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 11786 (2022) Цитировать эту статью

1800 Доступов

6 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Пластиковые отходы стали серьезной глобальной экологической проблемой. Использование пористого углерода, полученного из твердых отходов, для хранения энергии в последнее время привлекло широкое внимание. Здесь мы сообщаем о сравнении электрохимических характеристик пористых углеродных пен (УВ), полученных из отходов полиуретановых (ПУ) эластомерных шаблонов с помощью двух разных путей активации. Электрические двухслойные конденсаторы (EDLC), изготовленные из углеродной пены, имели весовую емкость 74,4 Ф/г при 0,1 А/г. Высокая плотность упаковки благодаря наличию углеродных сфер в иерархической структуре обеспечивала превосходную объемную емкость 134,7 Ф/см3 при 0,1 А/г. Кроме того, EDLC на основе CF продемонстрировали кулоновский КПД, близкий к 100%, и показали стабильную циклическую работу в течение 5000 циклов зарядки-разрядки с хорошим сохранением емкости 97,7% при 3 А/г. Низкое эквивалентное последовательное сопротивление (1,05 Ом) и сопротивление переносу заряда (0,23 Ом) из-за большого присутствия гидроксильных функциональных групп способствовало достижению высокой мощности (48,89 кВт/кг). Благодаря предпочтительным свойствам, таким как высокая удельная поверхность, иерархическая структура пор, функциональность поверхности, низкое содержание металлических примесей, высокая проводимость и желаемое емкостное поведение, CF, полученные из отходов ПУ эластомеров, показали потенциал для использования в качестве электродов в EDLC.

Суперконденсаторы (SC), также известные как ультраконденсаторы, представляют собой современные устройства хранения энергии, которые могут заряжаться и разряжаться за секунды и имеют потенциал в энергоемких приложениях, таких как тяжелые электромобили, электромеханические устройства, бесперебойное электричество из возобновляемых источников и т. д. .1,2. В зависимости от механизмов хранения заряда и характеристик устройства суперконденсаторы можно разделить на три категории: (i) электрические двухслойные конденсаторы (EDLC), (ii) псевдоконденсаторы и (iii) асимметричные конденсаторы3,4,5,6. Хотя псевдоконденсаторы обладают высокой удельной емкостью и накапливают энергию в основном за счет фарадеевского переноса заряда между электродом и электролитом7, они имеют ограничения в практическом применении из-за плохой стабильности цикла и высокой стоимости. Углеродные EDLC продолжают доминировать на коммерческом рынке благодаря быстрым импульсам энергии, длительному сроку службы и высокому кулоновскому КПД8. Здесь мы фокусируемся на симметричных EDLC, которые накапливают и выделяют энергию посредством физической адсорбции-десорбции ионов на поверхности, образуя двойной электрический слой на границе раздела электрод-электролит9. Пористые углероды выделяются как перспективные электродные материалы для EDLC из-за их высокой удельной поверхности, хорошей электропроводности, физико-химической стабильности, простоты приготовления и низкой стоимости10. Углеродные электродные материалы не только являются отличными кандидатами для EDLC, но также играют важную роль в поддержке активного материала псевдоконденсаторов. В большинстве коммерческих суперконденсаторов в качестве электродов используются активированные угли на основе биомассы, полученные из скорлупы кокосовых орехов, древесины, бамбука и опилок11 – они страдают от низкой удельной емкости и плохой производительности.

Помимо высокой удельной поверхности, на двойной электрический слой влияют размер и геометрия пор. Удельная емкость EDLC в основном определяется эффективной удельной поверхностью и распределением пор по размерам (микро-, мезо- и макропоры) пористых углеродных электродов. Благодаря увеличенной площади поверхности микропоры улучшают электрохимические характеристики; однако микропоры могут ограничивать диффузию и транспорт ионов — углеродные материалы, содержащие только микропоры, часто не отвечают требованиям, предъявляемым к высокопроизводительным суперконденсаторам12. Тем не менее, иерархическая структура в виде мезо- и макропор, соединенных между собой микропорами, сокращает путь диффузии и может способствовать транспорту ионов13. Таким образом, аморфные углероды с иерархической пористой структурой, включающей хорошо развитую сеть пор и каналов, хорошо подходят для EDLC.

 99.995%) (Messer Group GmbH.) were used. Carbon black (CB), polyvinylidene difluoride (PVDF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and potassium hydroxide (KOH) were purchased from Alfa Aesar. All chemicals were used as received without any further purification. CR2032 coin cell cases were procured from PI-KEM./p>

 CO2 (273 K), as the direct activation in CO2 creates wider micropores and mesopores. The N2 can also fill the wider micropores whereas CO2 fills only narrow micropores or is adsorbed by a surface coverage mechanism45, which shows the difference in values measured with the two adsorptive./p> C–OH ↔  > C = O + H+  + e- at the electrode interfaces 49./p> 45 °) indicating fast electrolyte ion diffusion into the electrodes. The more vertical the straight line at the low-frequency region, the more intensely the supercapacitor behaves like an ideal capacitor. The ESR can be determined from the offsets on the x-axis in the high-frequency region. The ESR obtained from the impedance plots are 1.32 Ω and 1.05 Ω for EFAC1 and EFAC2, respectively. The presence of more hydroxyl functional groups relatively improved the wettability of EFAC2 in the aqueous electrolyte, facilitating the easier diffusion of ions into the carbon electrodes, thus achieving lower charge transfer resistance. The hierarchical porous structure of EFAC1 does not necessarily enhance ionic transport in the CFs and similar behaviour of high capacitance and high ESR was observed and the mechanism of diffusion of electrolyte ions into the HPC was reported 54. Therefore, apart from hierarchical porous structure, the type and concentration of surface functional groups play a major role in determining the rate of diffusion of electrolyte ions into the carbon electrodes. This process is crucial in determining the power density of a supercapacitor. Using the ESR value, the maximum power of the device was calculated to be 39.29 kW/kg (EFAC1) and 48.89 kW/kg (EFAC2), respectively./p>

Предыдущий: ФУНДАМЕНТ ГРИЛЛЯЖА И ВИДЫ ФУНДАМЕНТА ГРИЛЛЯЖА Следующий: Ионная жидкость
Отправить запрос
Отправлять