Микро-мезопористые углеродные материалы из карбонизированной рисовой шелухи как активные компоненты электродов суперконденсаторов

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.

1. Burke A. // Electrochim. Acta. 2007. V. 53. № 3. P. 1083-1091.

2. Conte M. // Fuel Cells. 2010. V. 10. № 5. P. 806-818.

3. 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.

4. Ito E., Mozia S., Okuda M., Nakano T., Toyoda M., Inagaki M. // New Carbon Mater. 2007. V. 22. № 4. P. 321-326.

5. Bichat M.P., Raymundo-Piñero E., Béguin F. // Carbon. 2010. V. 48. № 15. P. 4351-4361.

6. Long C., Jiang L., Wu X., Jiang Y., Yang D., Wang C., Wei T., Fan Z. // Carbon. 2015. V. 93. P. 412-420.

7. Peng C., Yan X., Wang R., Lang J., Ou Y., Xue Q. // Electrochim. Acta. 2013. V. 87. P. 401-408.

8. 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.

9. Raymundo-Piñero E., Kierzek K., Machnikowski J., Béguin F. // Carbon. 2006. V. 44. № 12. P. 2498-2507.

10. 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.

11. Kim Y.-J., Horie Y., Matsuzawa Y., Ozaki S., Endo M., Dresselhaus M.S. // Carbon. 2004. V. 42. № 12-13. P. 2423- 2432.

12. 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.

13. Jurewicz K., Frackowiak E., Béguin F. // Appl. Phys. A. 2004. V. 78. № 7. P. 981-987.

14. Vix-Guterl C., Frackowiak E., Jurewicz K., Friebeb M., Parmentier J., Béguin F. // Carbon. 2005. V. 43. № 6. P. 1293- 1302.

15. Morishita T., Soneda Y., Tsumura T., Inagaki M. // Carbon. 2006. V. 44. № 12. P. 2360-2367.

16. 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.

17. Zhang L.L., Wei T., Wang W., Zhao X.S. // Micropor. Mesopor. Mater. 2009. V. 123. № 1-3. P. 260-267.

18. Wang G., Ling Y., Qian F., Yang X., Liu X.-X., Li Y. // J. Power Sources. 2011. V. 196. № 11. P. 5209-5214.

19. 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.

20. Бахматюк Б.П., Курепа А.С. // Электрохим. энергетика. 2011. Т. 11. № 4. С. 206—212.

21. 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.

22. Liu M.-C., Kong L.-B., Zhang P., Luo Y.-C., Kang L. // Electrochim. Acta. 2012. V. 60. P. 443-448.

23. 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.

24. Redondo E., Carretero-González J., Goikolea E., Ségalini J., Mysyk R. // Electrochim. Acta. 2015. V. 160. P. 178-184.

25. Eletskii P.M., Yakovlev V.A., Fenelonov V.B., Parmon V.N. // Kinet. Catal. 2008. V. 49. № 5. P. 708-719.

26. Larichev Y.V., Yeletsky P.M., Yakovlev V.A. // J. Phys. Chem. Solids. 2015. V. 87. P. 58-63.

27. Yeletsky P.M., Yakovlev V.A., Mel'gunov M.S., Parmon V.N. // Micropor. Mesopor. Mater. 2009. V. 121. № 1-3. P. 34-40.

28. 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.

29. Mel'gunov M.S., Ayupov A.B. // Micropor. Mesopor. Mater. 2017. V. 243. P. 147-153.

30. Kinoshita K. Carbon: electrochemical and physicochemical properties. New York: John Wiley Sons, 1988. 533 p.

31. Dullius J.E.L., Suarez P.A.Z., Einloft S., de Souza R.F., Dupont J. // Organometallics. 1998. V. 17. № 5. P. 815-819.

32. Pell W.G., Conway B.E., Marincic N. // J. Electroanal. Chem. 2000. V. 491. № 1-2. P. 9-21.

33. Pell W.G., Conway B.E., Adams W.A., de Oliveira J. // J. Power Sources. 1999. V. 80. № 1-2. P. 134-141.

34. Stoller M.D., Ruoff R.S. // Energy Environ. Sci. 2010. V. 3. P. 1294-1301.

35. Van K.L., Thi T.T.L. // Progress in Natural Science: Materials International. 2014. V. 24. № 3. P. 191-198.

36. Kumagai S., Tashima D. // Biomass Bioenergy 2015. V. 83. P. 216-223.

37. 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.

38. Jiang J. // J. Electrochem. Soc. 2017. V. 164. № 8. P. H5043-H5048.

39. Lockett V., Sedev R., Ralston J. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 19. P. 7486-7495.

40. Zheng J., Moganty S.S., Goonetilleke P.C., Baltus R.E., Roy D. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. № 15. P. 7527-7537.

41. Wang X., Zhou H., Sheridan E., Walmsley J.Ch., Ren D., Chen D. // Energy Environ. Sci. 2016. V. 9. P. 232-239.

42. Chmiola J., Yushin G., Gogotsi Y., Portet C., Simon P., Taberna P.L. // Science. 2006. V. 313. № 5794. P. 1760-1763.