Углеродные нановолокна как электропроводящая добавка для электродов суперконденсаторов

Ф. С. Табаров, М. В. Астахов, А. А. Климонт, А. Т. Калашник, Р. Р. Галимзянов, Н. В. Исаева
2019 Российские нанотехнологии  
Изучено влияние электропроводящих добавок в активном слое электродов на электрохимические параметры ячеек суперконденсаторов. В качестве электропроводящей добавки использовали углеродные нановолокна (УНВ), полученные пиролизом смесей углеводородов: пропан, бутан и изобутан. Полученные УНВ вводили в активный слой углеродного электрода в количестве от 10 до 40 мас. %. Электрохимические характеристики электродов исследовали методами гальваностатического заряда-разряда и циклической
more » ... и в диапазоне от 0 до 2.7 В. Спектры импеданса измеряли в диапазоне частот от 100 кГц до 10 мГц с напряжением переменного тока 10 мВ. В качестве электролита использовали 1 М раствор соли 1,1-диметилпирролидиний тетрафторобората (1,1-dimethylpyrrolidinium tetrafluoroborate) в ацетонитриле. Установлено, что содержание УНВ в активном слое электродного материала снижает внутреннее электрическое сопротивление ячейки суперконденсатора. Доля УНВ в количестве 30 мас. % в активном слое приводит к снижению внутреннего последовательного сопротивления, а также увеличивает скорость движения ионов внутри пор активного электродного слоя. Доля УНВ до 40 мас. % приводит к уменьшению общей удельной поверхности активного слоя, которая снижает удельную емкость ячеек. УДК 544.6.076.32 https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-1-2-13-18 ВВЕДЕНИЕ В последнее десятилетие устройства накопления электрической энергии вызывают большой интерес. Это касается суперконденсаторов (СК), литий-ионных батарей, свинцовых аккумуляторов и т.п. Одной из основных частей СК являются электроды, состоящие преимущественно из смеси активированного углерода, углеродного проводящего компонента и связующего материала. Использование активированного угле рода, с одной стороны, увеличивает емкость электрода за счет развитой поверхности, а с другой -приводит к увеличению потерь, связанных с пониженной электропроводностью и неоднородностью структуры этих материалов. Использование электропроводящего компонента позволяет компенсировать указанные негативные эффекты [1] [2] [3] [4] [5] . Для повышения электропроводности активного слоя электрода в его состав в небольших количествах вводят различного рода добавки, которые влияют главным образом на снижение внутреннего сопротивления [6] [7] [8] . На электропроводность материала оказывают влияние также размеры частиц активированного углерода и плотность его активного слоя. В большинстве коммерческих углеродных электродов для СК в качестве электропроводящего компонента используют сажу со средним размером частиц несколько десятков нанометров [8] . Применяют также другие формы углерода, такие как графит, нанотрубки, углерод луковичной формы [8] [9] [10] . В зависимости от типа применяемых углеродных добавок изменяются электрофизические и электрохимические свойства активного углеродного слоя. Наиболее перспективным решением проблемы увеличения электропроводности является использование протяженных углеродных структур. Такой структурой обладают углеродные нанотрубки (УНТ) и углеродные нановолокна (УНВ), которые имеют высокую электропроводность вдоль направления волокон. Углеродные нанотрубки рассматриваются как перспективные электродные материалы для СК с высокой
doi:10.21517/1992-7223-2019-1-2-13-18 fatcat:ynlqktc6rjav7fzkjxhjbaiahq