CC BY
1СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ХЛОПКОВОГО ПУХА, КАРБОНИЗИРОВАННОГО МИКРОВОЛНОВЫМ МЕТОДОМ В РАЗЛИЧНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕДАХ
Дьячкова И. Г.1'*, Золотов Д. А.1, Кумсков А. С.1, Волчков И. С.1, Матвеев Е. В.2,
Берестов В. В.2, Асадчиков В. Е.1
1 НИЦ «Курчатовский институт», Москва, Россия 2ФГБНУ «НИИ ПМТ», Москва, Россия *E-mail: [email protected]
Проблема получения электродных материалов для высокоемкостных конденсаторов связана с необходимостью получения более дешевого сырья для их производства. В работе рассматривается вопрос о связи условий обработки такого сырья с их структурой, что позволяет улучшить электрические свойства электродных материалов. Были получены данные о влиянии трех газовых сред: N2, CO2 и Аг, в которых проводилась микроволновая термообработка образцов хлопкового пуха, на свойства полученного активированного угля. Исследования микроструктуры, элементного и фазового составов образцов проводились методами рентгенофлуоресцентного (РФлА) и рентгенофазового анализа (РФА), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и микроанализа. На основе синтезированных материалов были созданы электродные материалы и проведены исследования их электрохимических свойств методами циклической вольтамперометрии и гальваностатического заряда-разряда.
Установлено, что проведение двухэтапной СВЧ-обработки образцов целлюлозосодержащих материалов в газовых средах Аг, N2 и СО2 приводит к значительному повышению адсорбционной емкости полученного углематериала. Для всех образцов медианное значение адсорбционной активности по метиленовому синему превышает значение 300 мг/г, что свидетельствует о прохождении процесса их активации в ходе указанных режимов СВЧ-обработки. Наиболее высокой адсорбционной активностью - 349 мг/г, обладают образцы, выполненные из "крошки" пропитанного 5% HзPO4 и высушенного хлопкового пуха, карбонизированные в окислительной среде СО2. Это, видимо, связано с тем, что в образцах, карбонизированных в среде СО2, обнаруживается максимальное содержание углерода и минимальное содержание примесей (РФлА). И, во-вторых, с обнаружением в данных образцах методами ПЭМ и РФА фуллереноподобных частиц, а именно фуллеренов С70 и многостенных углеродных нанотрубок, которые обладают высокой адсорбционной способностью. Все созданные в процессе работы электродные материалы проявили себя как типичные двойнослойные электроды. Наилучшими характеристиками среди них обладают материалы, полученные с использованием газовой среды СО2. Результаты данного исследования позволили сделать вывод о перспективности применения микроволн и хлопкового пуха, в качестве прекурсора, для получения высокоактивированного углеродного материала методом пиролизной карбонизации. Удалось установить оптимальный режим пиролитической микроволновой карбонизации для данного прекурсора, при котором изготовленные на их основе ячейки имеют наилучшие необходимые параметры.
Работа проведена в рамках выполнения государственного задания НИЦ «Курчатовский институт» в части рентгеновских и электронно-микроскопических исследований, в рамках задания Минобрнауки России FNER-2022-0002 в части получения углеродных образцов и электрохимических исследований.
