Создание электродных материалов для суперконденсаторов на основе углеродных наноматериалов является важной технической задачей. Актуальность создания различных углеродных материалов для суперконденсаторов связана с быстрым развитием рынка электромобилей и гибридных видов транспорта. Углеродные нанотрубки и нановолокна обладая высокой удельной электрической емкостью, способны заменить Li-ионные материалы в суперконденсаторах. Функционализация углеродных наноматериалов способна во многом улучшить электрохимические характеристики суперконденсаторов. В целом, функционализация химическим методом, по сравнению с физическим гораздо перспективнее, поскольку степень функционализации (отношение атомов углерода к атомам кислорода (С:О)) выше, а процесс дешевле и проводится в более мягких условиях. Так, в [1] рассматривают возможность окисления плазмой барьерного разряда, при этом степень функционализации была в 2 раза меньше, чем при обработке стандартным химическим методом.
Данная работа посвящена применению химически функционализированных многостенных углеродных нанотрубок в качестве электродов суперконденсаторов. В работе использовали коммерческие многостенные углеродные нанотрубки маркировки L-MWNT-1020 и L-MWNT-4060 компании «Shenzhen Nano-Tech Port Co».
Рисунок 1 – Схема окисления концевых фрагментов МУНТ
Между собой нанотрубки отличаются структурными характеристиками (внутренний и внешний диаметры трубок), зольностью и дефектностью. Обработку проводили в водном растворе CrO3(3M) и CrO3(6M). Под функционализацией понимали окисление углеродного материала с последующим образованием карбоксильных функциональных групп (рис. 1).
Необработанные образцы L-MWNT-1020 и L-MWNT-4060 массой 0,15 г помещали в коническую колбу, затем добавили 100 мл раствора СrO3. Обработка проводилась в течение 1 ч при 80°С и постоянном перемешивании. Значения удельной электрической емкости были получены с помощью циклической вольтамперометрии согласно методике, представленной в работе [2].
В таблице 1 представлены результаты циклической вольтамперометрии образцов обработанных в растворе разной концентрации.
Таблица 1 – Результаты проведенных экспериментов
|
Образец |
Концентрация CrO3, М |
Суд, Ф г-1 |
|
L-MWNT-1020 |
3 |
82,6 |
|
6 |
69,2 | |
|
L-MWNT-4060 |
3 |
79,3 |
|
6 |
56,3 |
Полученные нами значения удельной емкости при обработке с менее концентрированном растворе коррелируют со значениями, которые авторы [3] получали для различных углеродных материалов: 75-175 Ф г-1. Влияние концентрации окислителя на электрическую емкость может быть связанно с разупорядочением проводящих каналов и, как следствие изменением электропроводности материала.