Електродні матеріали для суперконденсаторів на основі нанокомпозитів вуглець/сульфіди чи оксиди металів
Тривалість проєкту: серпень 2016- грудень 2016
Обсяг отриманого фінансування: 150 000 гривень
Грантхолдер: ДВНЗ «Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника» (Грант Президента України для докторів наук, Проект Державного фонду фундаментальних досліджень Міністерства освіти і науки України)
Мета проєкту: Розробка та апробація методів отримання нанокомпозитних матеріалів вуглець / MoS2 і вуглець / Fe2O3 (FeOOH, LiFePO4) з адаптованими структурними, морфологічними та електрофізичними параметрами для ефективного застосування таких систем в якості електродних матеріалів суперконденсаторів, що працюють як за ємнісним, так і псевдоємнісним механізмами.
Завдання проєкту:
Встановлення закономірностей формування структурно-морфологічних, магнітних та електричних властивостей нанокомпозитів сульфіди металів / вуглець, оксиди металів/ вуглець та з’ясування характеристик електрохімічних процесів при застосуванні цих матеріалів в якості електродів суперконденсаторів, що працюють за ємнісним та псевдоємнісним механізмами
Досягнуті результати.
- Розроблено методику синтезу нанокомпозитних систем дублетно-ієрархічного впорядкування MoS2/ С з можливістю керування їх фізико-хімічними властивостями за умови використання різних типів поверхнево-активних речовин в якості формоутворюючого агенту.
- Отримано нанокомпозитний квазірозмірний MoS2 / С з дублетно-ієрархічним типом впорядкування частинок, що характеризується сферично-шаруватою морфологією (чергування шарів дисульфіду молібдену та вуглецю)та мезопористою структурою.
- Встановлено, що електрична провідність отриманих нанокомпозитних систем MoS2/C знаходиться в діапазоні (0,4-2,0)∙10-4 См/м, при цьому енергія активації провідності становить (0,190±0,010) еВ; проаналізовано механізми провідності в залежності від ступеня впорядкування та морфології матеріалу. Виявлено вплив синергетичних ефектів на провідність композиту MoS2/C, отриманого з мезопористого вуглецю в якості темплату.
- Вперше застосовано багатошарові наносфери MoS2/C в якості основи електродної композиції літієвих джерел струму; отримані значення питомої ємності становлять 3700, 1390 та 790 A∙год/кг при густинах струму 0,1C, 0,3C та 0,5C. Показано, що розряд ЛДС супроводжується як перебігом фарадеївских процесів так і накопиченням іонів літію на зовнішніх та внутрішніх поверхнях сферичних наночастинок матеріалу.
- Використовуючи мезопористий вуглець, отриманий термоактивацією сировини рослинного походження, гідротермальним методом синтезовано нанокомпозит МоS2/мезопористий вуглець та встановлено, що дисульфід молібдену утворився всередині мезопор вуглецю.
- При апробації нанокомпозиту MoS2/ мезопористий вуглець в якості електродного матеріалу для симетричних суперконденсаторів питома ємність першого та тисячного циклів становить 110 та 90 Ф/г, відповідно, при зміні кулонівської ефективності в межах 80% 78%.
- Гідротермальною обробкою розчину цитрату заліза при 120 °С впродовж 5 год отримано фазу Fe(OH)3. Простежено механізм формування стабільної ультрадисперсної аморфної фази β-FeOOH в результаті відпалу Fe(OH)3 в діапазоні 150–300°С.
- Вивчено електрохімічні властивості ультрадисперсного аморфного β-FeOOH за допомогою триелектродної комірки у 3.5М водному розчині KОН та встановлено ефективність вико ристання композитних сполук β-FeOOH / вуглецеві нанотрубки як активного електродного матеріалу у водних електролітах.
- Запропоновано спосіб гідротермального синтезу літійованого фосфату заліза за участі поверхнево-активних речовин, який дозволяє отримати ультрадисперсний продукт p частинками ламелярної морфології розмірами від 50-100 нм при товщині близько 10 нм.
- Простежено зміни магнітної мікроструктури LiFePO4 в залежності від відносного вмісту етиленгліколю в реакційному середовищі, температури на етапі гідротермального синтезу та умов постобробки в присутності вуглецевмісного компоненту (глюкози).
- Встановлено, що зменшення розмірів первинних частинок та ступеня їх агломерації веде до росту величини питомої ємності катодів, сформованих на основі синтезованого матеріалу LiFePO4 / вуглець.
Контактна особа і менеджер проєкту Прикарпатському національному університеті імені Василя Стефаника: Володимир КОЦЮБИНСЬКИЙ; д.ф.-м.н., професор,
e-mail: kotsuybynsky@gmail.com