Статьи автора

Углеродная нанобумага из нанокомпозита углеродные нанотрубки/резорцин-формальдегидный ксерогель для электрохимических суперконденсаторов

Номер выпуска 9 от 17.09.2025

Нанокомпозит резорцин-формальдегидного ксерогеля (RF-ксерогель) и углеродных нанотрубок после карбонизации при 800°C получен в виде композитной углеродной нанобумаги (КУНБ) толщиной 100–300 мкм, плотностью от 0.1 до 0.5 г/см² и электронной проводимостью более 10 См/см. По измерениям методом низкотемпературной адсорбции азота микропористую структуру нанобумаги формирует карбонизованнный RF-ксерогель, а мезопористая структура образуется каркасом нанотрубок. Удельная поверхность нанобумаги, рассчитанная методом нелокальной теории функционала плотности (NLDFT), превышает 600 м²/г. Основной вклад в удельную поверхность КУНБ дают поры шириной ~0.7 нм, поэтому электроды для суперконденсатора из такой бумаги эффективны только в водных растворах H₂SO₄ и KOH с малыми размерами сольватированных ионов. Для применения КУНБ с органическими электролитами разработана методика активирования нанобумаги гидроокисью калия. Максимум удельной поверхности (метод NLDFT) активированной КУНБ достигает 1182 м²/г с при потере массы углеродного ксерогеля ~25%. При этом площадь поверхности пор шириной более 1 нм увеличивается от 350 м²/г в КУНБ до 685 м²/г в активированной КУНБ. Нанобумага механически прочная, довольно дешевая и удобна для использования в суперконденсаторах.

0

Характеристики силового суперконденсатора с электродами из композитной углеродной нанобумаги на основе углеродных нанотрубок и резорцин-формальдегидного ксерогеля

Номер выпуска 7 от 17.09.2025

Нанокомпозит резорцин-формальдегидного ксерогеля и углеродных нанотрубок после карбонизации получен в виде композитной углеродной нанобумаги (КУНБ) толщиной 100–300 мкм, плотностью от 0.1 г/см³ до 0.5 г/см³ и электронной проводимостью более 10 См/см. Микропористую структуру нанобумаги формирует карбонизованнный резорцин-формальдегидный ксерогель (RF-ксерогель), а мезопористую структуру образует каркас нанотрубок. Ранее были измерены характеристики электродов из нанобумаги в водном электролите 1 M H₂SO₄, где была достигнута максимальная емкость 155 Ф/г (56 Ф/см³). Для работы с органическим электролитом разработана методика активации КУНБ гидроокисью калия. В настоящей работе измерены характеристики электродов из активированной нанобумаги (а-КУНБ) в органическом электролите – 1 М растворе в ацетонитриле тетрафторбората диметилпирролидиния (DMPBF₄). Достигнута емкость в этом электролите – 70 Ф/г (27 Ф/см³). По измерениям на лабораторной сборке симметричного суперконденсатора (СК) с электродами из КУНБ рассчитаны характеристики при работе СК в режиме импульсных переключений с эффективностью EF = 95%. В водном электролите 1 M H₂SO₄ (U₀ = 1.0 В) удельная энергия составила E_0.95,SC = 0.9 Вт ч/л и удельная мощность P_0.95,SC = 2.1 кВт/л. В органическом электролите 1 М DMPBF₄/ацетонитрил (U₀ = 2.7 В) расчетные характеристики конденсатора составили: удельная энергия E_0.95,SC = 3.8 Вт ч/л и удельная мощность P_0.95,SC = 2.0 кВт/л. Проведено сравнение удельных характеристик силовых СК с электродами из активированной КУНБ и с наилучшими по своим показателям электродами из других углеродных материалов. При массовом производстве электроды из нанокомпозита, по оценке, будут дешевле активированных углеродных микроволокон и существенно дешевле электродов из графена.

1 0