Для цитирования:
Гоффман В. Г., Саратцева А. Р., Байняшев А. М., Максимова Л. А., Гороховский А. В. Электродные материалы с электрохимически активными титанатными покрытиями, выращенными на поверхности титановой фольги // Электрохимическая энергетика. 2026. Т. 26, вып. 1. С. 29-38. DOI: 10.18500/1608-4039-2026-26-1-29-38, EDN: OJMUCM
Электродные материалы с электрохимически активными титанатными покрытиями, выращенными на поверхности титановой фольги
Разработан метод формирования электродных структурированных микросистем на основе титановой фольги для применения в электрохимических устройствах хранения энергии. Метод включает трехстадийную химическую обработку поверхности титановой фольги: травление в концентрированной HCl для создания микрорельефа, обработку в водном растворе KOH для формирования слоя полититаната калия и последующее модифицирование в растворе сульфата марганца с термообработкой при 750°C. Методами СЭМ и РФА показано, что созданное в результате химической и термической обработки электрохимически активное покрытие состоит из частиц голландитоподобного твердого раствора KxMnyTi8−yO16, которые заполняют углубления рельефной поверхности титана, сформированные после травления кислотой. Электрохимические исследования (циклическая вольтамперометрия) в трехэлектродной ячейке (электролит – 5%-ный водный раствор KCl) продемонстрировали, что синтезированные гибридные электродные материалы обладают значительно более высокой удельной емкостью (до 3.2 Ф/см2 ) по сравнению с электродами, обработанными только в кислоте и щелочи (0.22 Ф/см2 ) и необработанными титаном (∼1 Ф/см2 ). Показана высокая циклическая стабильность полученных электродов.
- Cai K., Lai M., Yang W., Hu R., Xin R., Liu Q., Sung K. Surface engineering of titanium with potassium hydroxide and its effects on the growth behavior of mesenchymal stem cells // Acta Biomaterialia. 2010. Vol. 6, № 6. P. 2314–2321. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2009.11.034
- Tanaka S. I., Tobimatsu H., Maruyama Y., Tanaki T., Jerkiewicz G. Preparation and characterization of microporous layers on titanium // ACS Applied Materials & Interfaces. 2009. Vol. 1, № 10. P. 2312–2319. https://doi.org/10.1021/am900474h
- Wen H. B., Liu Q., De Wijn J. R., De Groot K., Cui F. Z. Preparation of bioactive microporous titanium surface by a new two-step chemical treatment // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 1998. Vol. 9, № 3. P. 121–128. https://doi.org/10.1023/A:1008859417664
- Jonášová L., Müller F. A., Helebrant A., Strnad J., Greil P. Biomimetic apatite formation on chemically treated titanium // Biomaterials. 2004. Vol. 25, № 7–8. P. 1187–1194. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2003.08.009
- Li F., Feng Q. L., Cui F. Z., Li H. D., Schubert H. A simple biomimetic method for calcium phosphate coating // Surface and Coatings Technology. 2002. Vol. 154, № 1. P. 88–93. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(01)01710-8
- Манцуров А. А., Гороховский А. В., Бурмистров И. Н., Третьяченко Е. В. Строение и свойства биосовместимых поверхностных слоев, полученных при химической обработке титановых имплантов // Фундаментальные исследования. 2014. № 11. С. 311–315.
- Noami K., Muraoka Y., Wakita T., Hirai M., Kato Y., Muro T., Tamenori Y., Yokoya T. Room temperature ferromagnetic behavior in the hollanditetype titanium oxide // Journal of Applied Physics. 2010. Vol. 107, № 7. Art. 073910. https://doi.org/10.1063/1.3369500
- Besprozvannykh N. V., Sinel’shchikova O. Y., Morozov N. A., Kuchaeva S. K., Galankina O. L. Combustion synthesis and electrophysical properties of hollandites of the system K2O–MeO–TiO2 (Me = Mg, Ni, Cu) // Ceramics International. 2022. Vol. 48, № 17. P. 24283–24289. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.04.048
- Tsyganov A., Artyukhov D., Vikulova M., Morozova N., Zotov I., Brudnik S., Asmolova A., Zheleznov D., Gorokhovsky A., Gorshkov N. Synthesis and Dielectric Relaxation Studies of KxFeyTi8−yO16 (x = 1.4–1.8 and y = 1.4–1.6) Ceramics with Hollandite Structure // Ceramics. 2023. Vol. 6, № 1. P. 619–629. https://doi.org/10.3390/ceramics6010037
- Pearsall F., Farahmand N., Lombardi J., Dehipawala S., Gai Z., O’Brien S. Structure–property trends in a hollandite multiferroic by Fe doping: Structural, magnetic and dielectric characterization of nanocrystalline BaMn3−xFexTi4O14+δ // Journal of Materials Chemistry C. 2020. Vol. 8, № 23. P. 7916– 7927. https://doi.org/10.1039/D0TC00703J
- Jiang J., Li J., Long X., Zhao D., Su K., Xu D., Yang C., Qian D. Sol–gel synthesis of K1.33Mn8O16 nanorods and their applications for aqueous K-ion hybrid supercapacitors // Materials Research Bulletin. 2019. Vol. 109. P. 29–33. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2018.09.024
- Гоффман В. Г., Гороховский А. В., Бурте Э. П., Слепцов В. В., Горшков Н. В., Ковынева Н. Н., Викулова М. А., Никитина Н. В. Модифицированные титановые электроды для накопителей энергии // Электрохимическая энергетика. 2017. Т. 17, № 4. С. 225–234. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2017-17-4-225-234
- Tumurugoti P., Betal S., Sundaram S. K. Hollandites’ crystal chemistry, properties, and processing: A review // International Materials Reviews. 2021. Vol. 66, № 3. P. 141–159. https://doi.org/10.1080/09506608.2020.1743592
- Tie D., Huang S., Wang J., Ma J., Zhang J., Zhao Y. Hybrid energy storage devices: Advanced electrode materials and matching principles // Energy Storage Materials. 2019. Vol. 21. P. 22–40. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2018.12.018
- Dubal D. P., Ayyad O., Ruiz V., GomezRomero P. Hybrid energy storage: The merging of battery and supercapacitor chemistries // Chemical Society Reviews. 2015. Vol. 44, № 7. P. 1777–1790. https://doi.org/10.1039/c4cs00266k