Производство суперконденсаторов из аэрогеля МУНТ/гидроксид рутения и исследование электрохимических характеристик

Sep 01, 2023

Том 12 научных докладов, номер статьи: 12862 (2022 г.) Цитировать эту статью

1551 Доступов

6 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В данном исследовании материал, полученный в результате обработки ультразвуком двустенных углеродных нанотрубок и хлорида рутения, был получен в виде аэрогеля. Затем на их основе были изготовлены симметричные суперконденсаторы и исследованы их электрохимические свойства. XRD и FTIR использовались для структурного анализа аэрогеля, STEM для изображений поверхности и элементного анализа в EDX. Электрохимический анализ проводили с помощью гальваностата/потенциостата. По данным циклического вольтамперометрического анализа, максимальная удельная емкость для аэрогелей МУНТ/гидроксид рутения была достигнута и составила 423 Ф/г при 5 мВ/с. С другой стороны, соответствующие значения, рассчитанные по зарядно-разрядным кривым, оказались равными 420,3 Ф/г и 319,9 Ф/г при плотностях тока 0,5 А/г и 10,0 А/г соответственно. Сохранение емкости свежесинтезированного аэрогеля составило 96,38% в конце 5000 последовательных последовательных циклов вольтамперометрии.

Сегодня потребности в энергии, возникающие в результате роста населения и индустриализации, не могут быть удовлетворены из-за ограниченности ресурсов; следовательно, разрыв между производством и потреблением энергии быстро растет. В этом случае все большее значение приобретает более эффективное использование имеющихся энергетических ресурсов. Эффективное хранение энергии, получаемой из возобновляемых источников энергии, и разработка наиболее подходящих преобразований помогут удовлетворить быстрый рост спроса на энергию. В этом контексте суперконденсаторы (СК) обладают различными преимуществами, включая высокую плотность мощности, возможность быстрой зарядки-разрядки и длительный срок службы. Поэтому они привлекли значительное внимание, поскольку могут использоваться в качестве лучших систем хранения энергии в широких областях применения1,2,3,4,5. Однако, поскольку низкая плотность энергии суперконденсаторов ограничивает их будущее применение, разработка высокопроизводительных СЭ имеет научное и промышленное значение6. В недавних исследованиях исследователи сосредоточились на различных оксидах переходных металлов (ТМО), которые обладают очень хорошими электрохимическими характеристиками и экологически безопасными свойствами, для использования в СЭ. Оксиды металлов, как правило, имеют существенно большую плотность энергии, чем типичные углеродистые структуры, и более электрохимически стабильны, чем полимерные материалы7. RuO2 — первый оксид переходного металла, обнаруженный для СЭ. Его уникальные свойства, такие как высокая удельная емкость (до 1580 Ф/г), стабильность, большая фарадеевская активность, адсорбция ионов и хорошая электропроводность, сделали его одним из наиболее заметных кандидатов для использования в SC8,9,10.

С другой стороны, УНТ обладают превосходной электропроводностью, что благодаря уникальной физической архитектуре ковалентной связи sp2 между атомами углерода эффективно снижает удельное сопротивление системы. Они могут служить агентами при разработке проводящей сети для получения высокопроизводительных электродов благодаря их выдающимся механическим свойствам. УНТ помогают в создании большой границы раздела электролит-электрод благодаря высокой удельной площади поверхности (1300 м2г-1) и обеспечивают успешное накопление энергии в дополнение к своей химической стабильности11,12,13,14,15,16,17,18, 19,20. Однако УНТ нельзя использовать непосредственно в качестве активного материала; поэтому их следует комбинировать с оксидами некоторых металлов (RuO2, MoO2 и т. д.) или проводящими полимерами для достижения более высокой плотности энергии. С другой стороны, аэрогели, имеющие низкую плотность (0,003–0,15 кг/м3), высокую пористость и большую площадь поверхности (500–1000 м2/г), известны как самые легкие твердые материалы. Благодаря регулируемым размерам пор и площади поверхности, а также механической прочности и особым физико-химическим свойствам аэрогели имеют большое будущее для применения в суперконденсаторах. Наряду с трехмерной сетевой структурой углеродные аэрогели обладают превосходной электропроводностью. Аэрогели УНТ являются хорошей альтернативой в качестве материала электродов суперконденсатора, поскольку они обладают большой удельной площадью поверхности, электропроводностью, легким весом и высокой механической прочностью21. Недавно были протестированы электрохимические характеристики нанокомпозитов с использованием различных типов электролитов.