catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2017-6-534-542catal-482Research ArticleФОТО- И ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗPHOTO- AND ELECTROCATALYSISМикро-мезопористые углеродные материалы из карбонизированной рисовой шелухи как активные компоненты электродов суперконденсаторовMicro-Mesoporous Carbon Materials from Carbonized Rice Husk as Active Components of Supercondenser ElectrodesЛебедеваМ. В.LebedevaM. V.ctls@kalvis.ruЕлецкийП. М.EletskiP. M.ctls@kalvis.ruАюповА. Б.AyupovA. B.ctls@kalvis.ruКузнецовА. Н.KuznetsovF. N.ctls@kalvis.ruГрибовЕ. Н.GribovE. N.ctls@kalvis.ruПармонВ. Н.ParmonV. N.ctls@kalvis.ruИнститут катализа СО РАН им. Г.К. Борескова (ИК СО РАН), НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis, NovosibirskRussian FederationИнститут катализа СО РАН им. Г.К. Борескова (ИК СО РАН), Новосибирск; Новосибирский государственный университет (НГУ)РоссияBoreskov Institute of Catalysis, Novosibirsk; Novosibirsk State UniversityRussian Federation201708122017176534542Copyright © LLC "KALVIS", 20172017LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/482

Активированные углеродные материалы (УМ) были получены из шелухи риса, карбонизированной в реакторе с кипящим слоем катализатора. Текстурные особенности УМ изучали методом низкотемпературной адсорбции азота при 77 К. Изменение условий синтеза (условий карбонизации и последующей активации) позволило получить материалы с удельной площадью поверхности по БЭТ от 440 до 2290 м2/г. Использование в качестве активирующих агентов карбонатов калия или натрия приводит к образованию материалов с удельной площадью поверхности по БЭТ до 1200 м2/г. Активация с помощью гидроксидов натрия или калия позволяет получить образцы с более развитой поверхностью – до 2290 м2/г. Электрохимические свойства и емкостные характеристики исследовались методами циклической вольтамперометрии и хронопотенциометрии в гальваностатическом режиме в водном электролите 1 М H2SO4 и ионной жидкости BMIMBF4. Было показано, что при низких скоростях заряжения-разряжения (0,2 А/г) массовая емкость линейно зависит от удельной поверхности УМ и не зависит от природы электролита. При высоких скоростях заряжения-разряжения (2 А/г) наблюдается незначительное (в случае 1 М H2SO4) и значительное (в случае ионной жидкости) снижение удельной емкости, что объясняется влиянием пористой структуры.

Activated carbon materials (CM) were prepared from rice husk carbonized in a fluidized bed reactor. Low temperature nitrogen adsorption at 77 K was used for characterizing the EM texture. Variations in the preparation conditions (carbonization followed by activation) allowed the materials to be synthesized with the BET surface area from 440 to 2290 m2/g. Application of potassium or sodium carbonates as activating agents led to the formation of CM with the BET surface area up to 1200 m2/g. CM with a larger surface area – up to 2290 m2/g – were obtained upon activation with sodium hydroxides. Electrochemical properties and capacitive characteristics were studied using voltammetry and chronopotentiometry in the galvanostatic mode in aqueous 1M H2SO4 electrolyte and ionic liquid BMIMBF4. At low charging/discharging rates (0.2 A/g), a linear dependence of bulk capacity on the specific surface area of CM but not on the electrolyte nature was shown. At high charging/discharging rates (2 A/g), negligible or considerable decrease in the specific capacity was observed in 1M H2SO4 and in the ionic liquid, respectively. These observations were accounted for by the influence of the porous structure.

активированные углеродные материалырисовая шелухакарбонизациясуперконденсаторыионные жидкостиactivated carbon materialrice huskcarbonizationsupercondenserionic liquidReferencesBurke A. // Electrochim. Acta. 2007. V. 53. № 3. P. 1083-1091.Burke A. // Electrochim. Acta. 2007. V. 53. № 3. P. 1083-1091.Conte M. // Fuel Cells. 2010. V. 10. № 5. P. 806-818.Conte M. // Fuel Cells. 2010. V. 10. № 5. P. 806-818.Zhang Y., Feng H., Wu X., Wang L., Zhang A., Xia T., Dong H., Li X., Zhang L. // Int. J. Hydrogen Energy. 2009. V. 34. № 11. P. 4889-4899.Zhang Y., Feng H., Wu X., Wang L., Zhang A., Xia T., Dong H., Li X., Zhang L. // Int. J. Hydrogen Energy. 2009. V. 34. № 11. P. 4889-4899.Ito E., Mozia S., Okuda M., Nakano T., Toyoda M., Inagaki M. // New Carbon Mater. 2007. V. 22. № 4. P. 321-326.Ito E., Mozia S., Okuda M., Nakano T., Toyoda M., Inagaki M. // New Carbon Mater. 2007. V. 22. № 4. P. 321-326.Bichat M.P., Raymundo-Piñero E., Béguin F. // Carbon. 2010. V. 48. № 15. P. 4351-4361.Bichat M.P., Raymundo-Piñero E., Béguin F. // Carbon. 2010. V. 48. № 15. P. 4351-4361.Long C., Jiang L., Wu X., Jiang Y., Yang D., Wang C., Wei T., Fan Z. // Carbon. 2015. V. 93. P. 412-420.Long C., Jiang L., Wu X., Jiang Y., Yang D., Wang C., Wei T., Fan Z. // Carbon. 2015. V. 93. P. 412-420.Peng C., Yan X., Wang R., Lang J., Ou Y., Xue Q. // Electrochim. Acta. 2013. V. 87. P. 401-408.Peng C., Yan X., Wang R., Lang J., Ou Y., Xue Q. // Electrochim. Acta. 2013. V. 87. P. 401-408.Bleda-Martínez M.J., Maciá-Agulló A., Lozano-Castelló D., Morallón E., Cazorla-Amorósa D., Linares-Solano A. // Carbon. 2005. V. 43. № 13. P. 2677-2684.Bleda-Martínez M.J., Maciá-Agulló A., Lozano-Castelló D., Morallón E., Cazorla-Amorósa D., Linares-Solano A. // Carbon. 2005. V. 43. № 13. P. 2677-2684.Raymundo-Piñero E., Kierzek K., Machnikowski J., Béguin F. // Carbon. 2006. V. 44. № 12. P. 2498-2507.Raymundo-Piñero E., Kierzek K., Machnikowski J., Béguin F. // Carbon. 2006. V. 44. № 12. P. 2498-2507.Alonso A., Ruiz V., Blanco C., Santamaría R., Granda M., Menéndez R., de Jager S.G.E. // Carbon. 2006. V. 44. № 3. P. 441-446.Alonso A., Ruiz V., Blanco C., Santamaría R., Granda M., Menéndez R., de Jager S.G.E. // Carbon. 2006. V. 44. № 3. P. 441-446.Kim Y.-J., Horie Y., Matsuzawa Y., Ozaki S., Endo M., Dresselhaus M.S. // Carbon. 2004. V. 42. № 12-13. P. 2423- 2432.Kim Y.-J., Horie Y., Matsuzawa Y., Ozaki S., Endo M., Dresselhaus M.S. // Carbon. 2004. V. 42. № 12-13. P. 2423- 2432.Li Q.-Y., Wang H.-Q., Dai Q.-F., Yang J.-H., Zhong Y.-L. // Solid State Ionics. 2008. V. 179. № 7-8. P. 269-273.Li Q.-Y., Wang H.-Q., Dai Q.-F., Yang J.-H., Zhong Y.-L. // Solid State Ionics. 2008. V. 179. № 7-8. P. 269-273.Jurewicz K., Frackowiak E., Béguin F. // Appl. Phys. A. 2004. V. 78. № 7. P. 981-987.Jurewicz K., Frackowiak E., Béguin F. // Appl. Phys. A. 2004. V. 78. № 7. P. 981-987.Vix-Guterl C., Frackowiak E., Jurewicz K., Friebeb M., Parmentier J., Béguin F. // Carbon. 2005. V. 43. № 6. P. 1293- 1302.Vix-Guterl C., Frackowiak E., Jurewicz K., Friebeb M., Parmentier J., Béguin F. // Carbon. 2005. V. 43. № 6. P. 1293- 1302.Morishita T., Soneda Y., Tsumura T., Inagaki M. // Carbon. 2006. V. 44. № 12. P. 2360-2367.Morishita T., Soneda Y., Tsumura T., Inagaki M. // Carbon. 2006. V. 44. № 12. P. 2360-2367.Lu X., Dou H., Gao B., Yuan C., Yang S., Hao L., Shen L., Zhang X. // Electrochim. Acta. 2011. V. 56. № 14. P. 5115-5121.Lu X., Dou H., Gao B., Yuan C., Yang S., Hao L., Shen L., Zhang X. // Electrochim. Acta. 2011. V. 56. № 14. P. 5115-5121.Zhang L.L., Wei T., Wang W., Zhao X.S. // Micropor. Mesopor. Mater. 2009. V. 123. № 1-3. P. 260-267.Zhang L.L., Wei T., Wang W., Zhao X.S. // Micropor. Mesopor. Mater. 2009. V. 123. № 1-3. P. 260-267.Wang G., Ling Y., Qian F., Yang X., Liu X.-X., Li Y. // J. Power Sources. 2011. V. 196. № 11. P. 5209-5214.Wang G., Ling Y., Qian F., Yang X., Liu X.-X., Li Y. // J. Power Sources. 2011. V. 196. № 11. P. 5209-5214.Рычагов А.Ю., Вольфкович Ю.М., Воротынцев М.А., Квачева Л.Д., Конев Д.В., Крестинин А.В., Кряжев Ю.Г., Кузнецов В.Л., Кукушкина Ю.А., Мухин В.М., Соколов В.В., Червонобродов С.П. // Электрохим. энергетика. 2012. Т. 12. № 4. С. 167—180.Рычагов А.Ю., Вольфкович Ю.М., Воротынцев М.А., Квачева Л.Д., Конев Д.В., Крестинин А.В., Кряжев Ю.Г., Кузнецов В.Л., Кукушкина Ю.А., Мухин В.М., Соколов В.В., Червонобродов С.П. // Электрохим. энергетика. 2012. Т. 12. № 4. С. 167—180.Бахматюк Б.П., Курепа А.С. // Электрохим. энергетика. 2011. Т. 11. № 4. С. 206—212.Бахматюк Б.П., Курепа А.С. // Электрохим. энергетика. 2011. Т. 11. № 4. С. 206—212.Атаманюк И.Н., Вервикишко Д.Е., Григоренко А.В., Саметов А.А., Школьников Е.И., Янилкин И.В. // Электрохим. энергетика. 2014. Т. 14. № 1. С. 3—10.Атаманюк И.Н., Вервикишко Д.Е., Григоренко А.В., Саметов А.А., Школьников Е.И., Янилкин И.В. // Электрохим. энергетика. 2014. Т. 14. № 1. С. 3—10.Liu M.-C., Kong L.-B., Zhang P., Luo Y.-C., Kang L. // Electrochim. Acta. 2012. V. 60. P. 443-448.Liu M.-C., Kong L.-B., Zhang P., Luo Y.-C., Kang L. // Electrochim. Acta. 2012. V. 60. P. 443-448.Wang K., Zhao N., Lei S., Yan R., Tian X., Wang J., Song Y., Xu D., Guo Q., Liu L. // Electrochim. Acta. 2015. V. 166. P. 1-11.Wang K., Zhao N., Lei S., Yan R., Tian X., Wang J., Song Y., Xu D., Guo Q., Liu L. // Electrochim. Acta. 2015. V. 166. P. 1-11.Redondo E., Carretero-González J., Goikolea E., Ségalini J., Mysyk R. // Electrochim. Acta. 2015. V. 160. P. 178-184.Redondo E., Carretero-González J., Goikolea E., Ségalini J., Mysyk R. // Electrochim. Acta. 2015. V. 160. P. 178-184.Eletskii P.M., Yakovlev V.A., Fenelonov V.B., Parmon V.N. // Kinet. Catal. 2008. V. 49. № 5. P. 708-719.Eletskii P.M., Yakovlev V.A., Fenelonov V.B., Parmon V.N. // Kinet. Catal. 2008. V. 49. № 5. P. 708-719.Larichev Y.V., Yeletsky P.M., Yakovlev V.A. // J. Phys. Chem. Solids. 2015. V. 87. P. 58-63.Larichev Y.V., Yeletsky P.M., Yakovlev V.A. // J. Phys. Chem. Solids. 2015. V. 87. P. 58-63.Yeletsky P.M., Yakovlev V.A., Mel'gunov M.S., Parmon V.N. // Micropor. Mesopor. Mater. 2009. V. 121. № 1-3. P. 34-40.Yeletsky P.M., Yakovlev V.A., Mel'gunov M.S., Parmon V.N. // Micropor. Mesopor. Mater. 2009. V. 121. № 1-3. P. 34-40.Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez- Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. № 9-10. P. 1051-1069.Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez- Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. № 9-10. P. 1051-1069.Mel'gunov M.S., Ayupov A.B. // Micropor. Mesopor. Mater. 2017. V. 243. P. 147-153.Mel'gunov M.S., Ayupov A.B. // Micropor. Mesopor. Mater. 2017. V. 243. P. 147-153.Kinoshita K. Carbon: electrochemical and physicochemical properties. New York: John Wiley Sons, 1988. 533 p.Kinoshita K. Carbon: electrochemical and physicochemical properties. New York: John Wiley Sons, 1988. 533 p.Dullius J.E.L., Suarez P.A.Z., Einloft S., de Souza R.F., Dupont J. // Organometallics. 1998. V. 17. № 5. P. 815-819.Dullius J.E.L., Suarez P.A.Z., Einloft S., de Souza R.F., Dupont J. // Organometallics. 1998. V. 17. № 5. P. 815-819.Pell W.G., Conway B.E., Marincic N. // J. Electroanal. Chem. 2000. V. 491. № 1-2. P. 9-21.Pell W.G., Conway B.E., Marincic N. // J. Electroanal. Chem. 2000. V. 491. № 1-2. P. 9-21.Pell W.G., Conway B.E., Adams W.A., de Oliveira J. // J. Power Sources. 1999. V. 80. № 1-2. P. 134-141.Pell W.G., Conway B.E., Adams W.A., de Oliveira J. // J. Power Sources. 1999. V. 80. № 1-2. P. 134-141.Stoller M.D., Ruoff R.S. // Energy Environ. Sci. 2010. V. 3. P. 1294-1301.Stoller M.D., Ruoff R.S. // Energy Environ. Sci. 2010. V. 3. P. 1294-1301.Van K.L., Thi T.T.L. // Progress in Natural Science: Materials International. 2014. V. 24. № 3. P. 191-198.Van K.L., Thi T.T.L. // Progress in Natural Science: Materials International. 2014. V. 24. № 3. P. 191-198.Kumagai S., Tashima D. // Biomass Bioenergy 2015. V. 83. P. 216-223.Kumagai S., Tashima D. // Biomass Bioenergy 2015. V. 83. P. 216-223.Gao Y., Li L., Jin Y., Wang Y., Yuan C., Wei Y., Chen G., Ge J., Lu H. // Appl. Energy. 2015. V. 153. P. 41-47.Gao Y., Li L., Jin Y., Wang Y., Yuan C., Wei Y., Chen G., Ge J., Lu H. // Appl. Energy. 2015. V. 153. P. 41-47.Jiang J. // J. Electrochem. Soc. 2017. V. 164. № 8. P. H5043-H5048.Jiang J. // J. Electrochem. Soc. 2017. V. 164. № 8. P. H5043-H5048.Lockett V., Sedev R., Ralston J. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 19. P. 7486-7495.Lockett V., Sedev R., Ralston J. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 19. P. 7486-7495.Zheng J., Moganty S.S., Goonetilleke P.C., Baltus R.E., Roy D. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. № 15. P. 7527-7537.Zheng J., Moganty S.S., Goonetilleke P.C., Baltus R.E., Roy D. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. № 15. P. 7527-7537.Wang X., Zhou H., Sheridan E., Walmsley J.Ch., Ren D., Chen D. // Energy Environ. Sci. 2016. V. 9. P. 232-239.Wang X., Zhou H., Sheridan E., Walmsley J.Ch., Ren D., Chen D. // Energy Environ. Sci. 2016. V. 9. P. 232-239.Chmiola J., Yushin G., Gogotsi Y., Portet C., Simon P., Taberna P.L. // Science. 2006. V. 313. № 5794. P. 1760-1763.Chmiola J., Yushin G., Gogotsi Y., Portet C., Simon P., Taberna P.L. // Science. 2006. V. 313. № 5794. P. 1760-1763.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.