Preview

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники

Расширенный поиск

Новое поколение нанокомпозитных материалов на основе углерода и титана для использования в суперконденсаторных накопителях энергии

https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-3-212-218

Полный текст:

Аннотация

Рассмотрены перспективные нанокомпозитные материалы на основе углерода и титана. Показано, что особый интерес представляет использование высокопористой матрицы. Материалы на основе таких матриц имеют минимальные весовые и высокие прочностные характеристики. Также в работе охарактеризованы композиты на основе пористых углеродных волокон с оксидами металлов. Направления получения композитов условно можно разделить на три вида: матричный способ, покрытие готовых наночастиц инертной оболочкой, образование наночастиц и матриц в одном процессе. Покрытие наночастиц инертной оболочкой позволяет предотвратить их окисление и сохранить необходимые магнитные свойства. При использовании таких методов как ИК-пиролиз, дуговое испарение образуется сторонние метал-углеродные фазы, которые загрязняют получаемый материал. Чтобы этого избежать, используют восстановители, например водород при закоксовывании наночастиц в токе метановой плазмы восстанавливает частицы металла из его золь-геля и не дает им вступить в реакцию с углеродом. Но при таком способе трудно контролировать размер частиц. Использование же готовой матрицы позволяет контролировать размер наночастиц. Однако, в таком методе используются высокие температуры, а иногда и водород, что усложняет процесс получения. Основной проблемой в области нанокомпозитов является поиск более технологичных, простых, дешевых и экологичных методов получения нанокомпозитов с высокими эксплуатационными характеристиками. Разработанная технология формирования порового пространства исходной углеродной матрицы не имеет вышеперечисленных недостатков. Данная технология имеет простое, дешевое, экологически чистое оформление, в процессе получения нанокомпозитов не применяются высокие температуры и не образуются сторонние металл-углеродные фазы. Полученные нанокомпозитные материалы были использованы в качестве электродов сверхъемких конденсаторных структур. При исследовании емкостных и электрических характеристик образцов было выявлено, что формирование металла на пористой углеродной матрице позволяет существенно уменьшить внутреннее сопротивление ячейки и увеличить удельную энергоемкость.

Об авторах

В. В. Слепцов
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, д. 4, Москва, 125993, Россия
Россия
Слепцов Владимир Владимирович — доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой


Л. В. Кожитов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049, Россия
Россия
Кожитов Лев Васильевич — доктор техн. наук, профессор


А. О. Дителева
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, д. 4, Москва, 125993, Россия
Россия
Дителева Анна Олеговна — ассистент


Д. Ю. Кукушкин
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, д. 4, Москва, 125993, Россия
Россия
Кукушкин Дмитрий Юрьевич — канд. техн. наук, ассистент


А. А. Нагаев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049, Россия
Россия
Нагаев Артем Алексеевич — студент


Список литературы

1. Пелевин Ф. В. Технология изготовления пористых материалов // Вестник ассоциации вузов туризма и сервиса. 2007. Т. 1, № 3. С. 46—51.

2. Воропай А. Н. Получение наноструктурированных композитов на основе высокопористых углеродных матриц, наполненных Ni или Ni(OH)2, определение факторов, влияющих на их физико-химические свойства: автореф. дисс. канд. хим. наук. Кемерово, 2014. 23 с.

3. Burke A. Ultracapacitors: why, how, and where is the technology // J. Power Sources. 2000. V. 91, Iss. 1. P. 37—50. DOI: 10.1016/S0378-7753(00)00485-7

4. Simon P., Gogotsi Yu. Materials for electrochemical capacitors // Nature materials. 2008. V. 7. P. 845—854. DOI: 10.1038/nmat2297

5. Kötz R., Carlen M. Principles and applications of electrochemical capacitors // Electrochimica Acta. 2000. V. 45, Iss. 15–16. P. 2483—2498. DOI: 10.1016/S0013-4686(00)00354-6

6. Балышков А. Ионисторы // Электронные компоненты. 2005. № 11/12. С. 91—97.

7. Zhou W.-J., Xu M.-W., Zhao D.-D., Xu C.-L., Li H.-L. Electrodeposition and characterization of ordered mesoporous cobalt hydroxide films on different substrates for supercapacitors // Microporous and Mesoporous Materials. 2009. V. 117, Iss. 1–2. P. 55—60. DOI: 10.1016/j.micromeso.2008.06.004

8. Wutao Wei, Liwei Mi, Yang Gao, Zhi Zheng, Weihua Chen, Xinxin Guan. Partial ion-exchange of nickel-sulfide-derived electrodes for high performance supercapacitors // Chem. Mater. 2014. V. 26, Iss. 11. P. 3418—3426. DOI: 10.1021/cm5006482

9. Пат. 2026732 (РФ). Способ получения сорбента для выделения белков / В. А. Василевский, В. А. Авраменко, Л. А. Земскова, Т. А. Сокольницкая, 1995.

10. Пат. 2075170 (РФ). Способ получения тонкослойных неорганических сорбентов / Л. А. Земскова, Е. Л. Якимович, В. А. Авраменко, В. В. Железнов, В. Ю. Глущенко, 1997.

11. Liang H., Chen F., Li R., Wang L., Deng Z. Electrochemical study of activated carbon-semiconducting oxide composites as electrode materials of double-layer capacitors // Electrochimica Acta. 2004. V. 49, Iss. 21. P. 3463—3467. DOI: 10.1016/j.electacta.2004.03.016

12. Шевелева И. В., Земскова Л. А., Войт А. В., Железнов С. В., Курявый В. Г. Взаимосвязь электрохимических и структурных свойств модифицированных углеродных волокон // Журн. прикл. химии. 2007. Т. 80, № 5. С. 761—766.

13. New carbon based materials for electrochemical energy storage systems: batteries, supercapacitors and fuel cells / Eds. by I. V. Barsukov, C. S. Johnson, J. E. Doninger, V. Z. Barsukov. Dordrecht: (Netherlands), 2006. P. 33—41. DOI: 10.1007/1-4020-4812-2

14. Земскова Л. А., Шевелева И. В., Баринов Н. Н., Кайдалова Т. А., Войт А. В., Железнов С. В. Оксидно-марганцевые углеродные волокнистые материалы // Журн. прикл. химии. 2008. Т. 81, № 7. С. 1109—1114.

15. Земскова Л. А. Модифицированные углеродные волокна: сорбенты, электродные материалы, катализаторы // Вестник ДВО РАН. 2009. № 2. C. 39—52.

16. Jakubowicz J., Adamek G., Dewidar M. Titanium foam made with saccharose as a space holder // J. Porous. Mater. 2013. V. 20. P. 1137—1141. DOI: 10.1007/s10934-013-9696-0

17. Ву Д. Х., Слепцов B. B. Разработка технологии получения электродных материалов // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 11-2. С. 22—29. DOI: 10.18454/IRJ.2015.42.095

18. Слепцов В. В. Физико-химические основы наноматериалов и нанотехнологий. Москва: МАТИ-РГТУ им. К. Э. Циолковского, 2015. 196 с.

19. Нестеров В. А., Кукушкин Д. Ю., Козлов А. П. Исследование процесса металлизации пористых материалов осаждением нанокластеров металлов на поверхность методом электрофореза // Сборник тезисов докладов XLIV Международной молодёжной научной конференции «Гагаринские чтения-2018». М.: МАИ, 2018. C. 281.

20. Слепцов В. В., Савкин А. В., Кукушкин Д. Ю., Дителева А. О. Исследование процесса осаждения нанокластеров металлов на поверхность пористых материалов методом электрофореза // Вестник машиностроения. 2018. № 9. С. 45—47.

21. Гоффман В. Г., Гороховский А. В., Горшков Н. В., Телегина О. С., Ковнев А. В., Орозалиев Э. Э., Слепцов В. В. Импедансная спектроскопия полимерного композита на основе базового полититаната калия // Электрохимическая энергетика. 2014. Т. 14, № 3. С. 141—148.

22. Гороховский А. В., Палагин А. И., Панова Л. Г., Устинова Т. П., Бурмистров И. Н., Аристов Д. В. Производство субмикро-наноразмерных полититанатов калия и композиционных материалов на их основе // Нанотехника. 2009. № 3. С. 38—44.

23. Гороховский А. В., Панова Л. Г., Бурмистров И. Н., Устинова Т. П., Лёвкина Н. Л. Полититанаты калия с волокнистой и чешуйчатой структурой: синтез и применение // Международный форум по нано-технологии: Cб. докладов научно-технологических секций: в 2 т. М.: Роснано, 2008. Т. 1. С. 168—169.


Для цитирования:


Слепцов В.В., Кожитов Л.В., Дителева А.О., Кукушкин Д.Ю., Нагаев А.А. Новое поколение нанокомпозитных материалов на основе углерода и титана для использования в суперконденсаторных накопителях энергии. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2019;22(3):212-218. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-3-212-218

For citation:


Sleptsov V.V., Kozitov L.V., Diteleva A.O., Kukushkin D.Yu., Nagaev A.A. A new generation of nanocomposite materials based on carbon and titanium for use in supercapacitor energy storage devices. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2019;22(3):212-218. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-3-212-218

Просмотров: 205


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)