ISSN 1608-4039 (Print)
ISSN 1680-9505 (Online)


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

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 119)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
EDN: 
HSXPEK

Электродный материал на основе многослойного оксида графена для химических источников тока

Авторы: 
Брудник Сергей Витальевич, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.
Яковлева Елена Владимировна, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.
Горшков Николай Вячеславович, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.
Артюхов Денис Иванович, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.
Яковлев Андрей Васильевич, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.
Аннотация: 

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.

Список источников: 

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

Поступила в редакцию: 
08.11.2021
Принята к публикации: 
10.12.2021
Опубликована: 
16.12.2021