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-

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
Россия
Слепцов Владимир Владимирович — доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой


Л. В. Кожитов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Кожитов Лев Васильевич — доктор техн. наук, профессор


А. О. Дителева
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет
Россия
Дителева Анна Олеговна — ассистент


Д. Ю. Кукушкин
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет
Россия
Кукушкин Дмитрий Юрьевич — канд. техн. наук, ассистент


А. А. Нагаев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Нагаев Артем Алексеевич — студент


Список литературы

1. Автореферат на диссертацию кандидата химических наук 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, 2014, Кемерово

2. Burke, A. Ultracapaeitors: why, how, and where is the technology / A. Burke // J. Power Sources. - 2000. - V. 91. - P. 37-50.

3. Patrice Simon. Materials for electrochemical capacitors / Patrice Simon, Yury Gogotsi // Nature materials. - 2008. - V. 7. - P. 845-854.

4. Kotz, R. Principles and applications of electrochemical capacitors / R. Kotz, M. Carlcn // Electrochimica Acta. - 2000. - V. 45. - P. 2483-2498.

5. Балышков, А. Ионисторы / А. Балышков // Электронные компоненты -Украина. - 2005. -№11/12. - С. 91-97

6. Zhou, W.J. Electrodeposition and characterization of ordered mesoporous cobalt hydroxide films on different substrates for supercapacitors / W.J. Zhou, M.W. Xu, D.D. Zhao, C.L. Xu, H.L. Li. // Microporous and Mesoporous Materials. - 2009. - V. 117 -P. 55-60.

7. Wutao Wei. Partial Ion-Exchange of Nickel-Sulfide-Derived Electrodes for High Performance Supercapacitors, / Wutao Wei, Liwei Mi, Yang Gao and etc. // Chem. Mater. - 2014. - V. 26. - P. 3418-3426

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

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

10. Liang H., Chen F., Li R., Wang L., Deng Z. Electrochemical study of activated carbon-semiconducting oxide composites as electrode materials of double-layers capacitors // Electrochimica Acta. 2004. Vol. 49. P. 3463-3467.

11. Шевелева И.В., Земскова Л.А., Войт А.В. и др. Взаимосвязь электрохимических и структурных свойств модифицированных углеродных волокон // ЖПХ. 2007. Т. 80, № 5. С. 761-766

12. New carbon based materials for electrochemical energy storage systems: Batteries, Supercapacitors and Fuel Cell / ed. by I.V.Barsukov et al. Dordrecht: Springer, 2006. P. 33-41

13. 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

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

15. 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.


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

For citation:


Sleptsov V.V., Kozitov L.V., Diteleva A.O., Kukushkin D.Y., 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). https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-3-

Просмотров: 40


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


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