Nanoporous Activated Carbons for Super Capacitors With Aqueous and Organic Electrolytes

Abstract

Актуальной задачей является разработка новых методов получения пористых углеродных материалов с требуемым комплексом свойств из дешевого сырья, например, отходов механической и химической переработки древесины. Активированный уголь производят из двух видов древесины, березы и ольхи. Для обоих атомов углерода идентичны зависимости пористой структуры и электрохимических параметров углей. Условия активации были определены в широком диапазоне параметров активации (температура, щелочные/углеродные массы). Работа была выполнена на основе коммерческих углей из ольхи. Проведено комплексное исследование их свойств, включая подробное исследование пористой структуры методом лимитированного испарения и электрохимических параметров активированного угля в составе суперконденсаторов. Установлены корреляции между факторами режима в синтезе этих материалов, их пористой структурой и функциональными характеристиками суперконденсаторов на их основе. Высказаны предположения о возможности формирования пористой структуры активированных углей, полученных путем термохимического синтеза с использованием щелочи в качестве активатора, и влияния параметров синтеза на электрохимические характеристики суперконденсаторов. В данной статье затрагивается тема производства активированного угля для суперконденсаторов с различными электролитами. Изменяя параметры активации угля (температуры активации и отношения активатор/сырье) были оптимизированы пористые структуры угля из ольхи для водного и органического электролита. Данная оптимизация производилась путем последовательных итераций: при определенной температуре определяется оптимальное значение массового соотношения активатор/сырье (К), затем при данном К определяется оптимальное значение температуры. Установлено, что приемлемым значением температуры активации для водного электролита оказалось значение 600 °С, а соотношение активатор/сырье = 1,25, для органического-600 °С, соотношение активатор/сырье=2. Ключевые слова: активированный уголь, суперконденсатор, пористая структура ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. Т 60 (4) Серия «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ» 2017 IZVESTIYA VYSSHIKH UCHEBNYKH ZAVEDENIY V 60 (4) KHIMIYA KHIMICHESKAYA TEKHNOLOGIYA 2017 An urgent task is to develop new methods of obtaining porous carbon materials with required complex of properties of cheap raw materials, for example, wastes of mechanical and chemical wood processing. This article deals with the subject of production of activated carbon for supercapacitors with different electrolytes. Activated carbons produced from two wood species, birch and alder, were compared. For both carbons identical dependences of the porous structure and electrochemical parameters of the carbons on activation conditions were determined in a wide range of activation parameters (temperature, alkali/carbon mass ratio) . The work was done on the basis of commercial coals of alder. The correlations between the activation parameters of coal (temperature of activation and the relationship of the activator/raw materials), porous structure and func...