Для цитирования:
Брудник С. В., Яковлева Е. В., Горшков Н. В., Артюхов Д. И., Яковлев А. В. Электродный материал на основе многослойного оксида графена для химических источников тока // Электрохимическая энергетика. 2021. Т. 21, вып. 4. С. 206-215. DOI: 10.18500/1608-4039-2021-21-4-206-215, EDN: HSXPEK
Электродный материал на основе многослойного оксида графена для химических источников тока
Приведены результаты исследований электрохимического синтеза многослойного оксида графена, показана возможность его применения в качестве электродного материала суперконденсатора. В спиртовой суспензии толщина частиц многослойного оксида графена составляет менее 0.1 мкм с площадью более 100 мкм2. Электрод на основе оксида графена имеет высокую удельную емкость 107 Ф?г ? 1 и высокую сохранность заряда 97% после 5000 циклов. Показано, что электрод из оксида графена обладает максимальной удельной энергией 8.7 Вт?ч?кг ? 1 при плотности тока 0.1 А?г ? 1 и имеет максимальную мощность 2291.1 Вт?кг ? 1 при плотности тока 4 А?г ? 1. Проведены испытания литий-тионилхлоридного элемента с катодом из многослойного оксида графена на никелевой сетке. Установлено, что оксид графена, синтезированный электрохимическим методом, является перспективным электродным материалом для создания симметричного суперконденсатора.
1. Zhao J., Burke A. F. Review on supercapacitors : Technologies and performance evaluation // Journal of Energy Chemistry. 2021. Vol. 59. P. 276–291. https://www.doi.org/10.1016/j.jechem.2020.11.013
2. Frackowiak E. Carbon materials for supercapacitor application // Physical Chemistry Chemical Physics. 2007. Vol. 9. P. 1774–1785. https://www.doi.org/10.1039/B618139M
3. Shen H., Liu E., Xiang X., Huang Z., Tian Y., Wu Y., Wu Z., Xie H. A novel activated carbon for supercapacitors // Materials Research Bulletin. 2012. Vol. 47, № 3. P. 662–666. https://www.doi.org/10.1016/j.materresbull.2011.12.028
4. Faraji S., Ani F. N. The development supercapacitor from activated carbon by electroless plating–A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. Vol. 42. P. 823–834. https://www.doi.org/10.1016/j.rser.2014.10.068
5. Xiao Y., Long C., Zheng M.-T., Dong H.-W., Lei B.-F., Zhang H.-R., Liu Y.-L. High-capacity porous carbons prepared by KOH activation of activated carbon for supercapacitors // Chinese Chemical Letters. 2014. Vol. 25, № 6. P. 865–868. https://www.doi.org/10.1016/j.cclet.2014.05.004
6. Wang Y., Xia Y. Recent progress in supercapacitors : From materials design to system construction // Advanced Materials. 2013. Vol. 25. P. 5336–5342. https://www.doi.org/10.1002/adma.201301932
7. Zhao J., Burke A. F. Electrochemical Capacitors : Performance Metrics and Evaluation by Testing and Analysis // Advanced Energy Materials. 2020. Vol. 11. P. 1–29. https://www.doi.org/10.1002/aenm.202002192
8. Zhu S., Ni J., Li Y. Carbon nanotube-based electrodes for flexible supercapacitors // Nano Research. 2020. Vol. 13. P. 1825–1841. https://www.doi.org/10.1007/s12274-020-2729-5
9. Yang Z., Tian J., Yin Z., Cui C., Qian W., Wei F. Carbon nanotube- and graphene-based nanomaterials and applications in high-voltage supercapacitor : A review // Carbon. 2019. Vol. 41. P. 467–480. https://www.doi.org/10.1016/j.carbon.2018.10.010
10. Yu H., Zhang B., Bulin C., Li R., Xing R. High-efficient Synthesis of Graphene Oxide Based on Improved Hummers Method // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. P. 1–7. https://www.doi.org/10.1038/srep36143
11. Down M. P., Rowley-Neale S. J., Smith G. C., Banks C. E. Fabrication of Graphene Oxide Supercapacitor Devices // ACS Applied Energy Materials. 2018. Vol. 1, № 3. P. 707–714. https://www.doi.org/10.1021/acsaem.7b00164
12. Nishina Y., Eigler S. Chemical and electrochemical synthesis of graphene oxide – a generalized view // Nanoscale. 2020. Vol. 12. P. 12731–12740. https://www.doi.org/10.1039/D0NR02164D
13. Singh R., Tripathi C. C. Synthesis of colloidal graphene by electrochemical exfoliation of graphite in lithium sulphate // Materials Today : Proceedings. 2018. Vol. 5, № 1. P. 973–979. https://www.doi.org/10.1016/j.matpr.2017.11.173
14. Kumar N., Srivastava V. C. Simple Synthesis of Large Graphene Oxide Sheets via Electrochemical Method Coupled with Oxidation Process // ACS Omega. 2018. Vol. 3. P. 10233–10242. https://www.doi.org/10.1021/acsomega.8b01283
15. Яковлева Е. В., Яковлев А. В., Краснов В. В., Целуйкин В. Н., Мостовой А. С., Курамина Н. Ю., Брудник С. В. Электрохимическое наноструктурирование графита для применения в химических источниках тока // Электрохимическая энергетика. 2020. Т. 20, № 1. С. 45–54. https://www.doi.org/10.18500/1608-4039-2020-20-1-45-54
16. Li Z., Gadipelli S., Yang Y., He G., Guo J., Li J., Lu Y., Howard C. A., Brett D. J. L., Parkin I. P., Li F., Guo Z. Exceptional supercapacitor performance from optimized oxidation of graphene-oxide // Energy Storage Materials. 2019. Vol. 17. P. 12–21. https://www.doi.org/10.1016/j.ensm.2018.12.006
17. Li Z., Gadipelli S., Yang Y., Guo Z. Design of 3D Graphene-Oxide Spheres and Their Derived Hierarchical Porous Structures for High Performance Supercapacitors // Small. 2017. Vol. 13, № 44. P. 1702474. https://www.doi.org/10.1002/smll.201702474
18. Яковлев А. В., Яковлева Е. В., Целуйкин В. Н., Краснов В. В., Мостовой А. С., Викулова М. А., Фролов И. Н., Рахметулина Л. А. Синтез многослойного оксида графена при электрохимическом диспергировании графита в H2SO4 // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93, № 2. С. 222–228. https://www.doi.org/10.31857/S0044461820020097
19. Aliyev E., Filiz V., Khan M. M., Lee Y. J., Abetz C., Abetz V. Structural Characterization of Graphene Oxide : Surface Functional Groups and Fractionated Oxidative Debris // Nanomaterials. 2019. Vol. 9. P. 1180–1195. https://www.doi.org/10.3390/nano9081180
20. Avouris P., Dimitrakopoulos C. Graphene : Synthesis and applications // Materials Today. 2012. Vol. 15, № 3. P. 86–97. https://www.doi.org/10.1016/S1369-7021(12)70044-5
21. Hou R., Gund G. S., Qi K., Nakhanivej P., Liu H., Li F., Park H. S. Hybridization design of materials and devices for flexible electrochemical energy storage // Energy Storage Materials. 2019. Vol. 19. P. 212–241. https://www.doi.org/10.1016/j.ensm.2019.03.002