Супрамолекулярний дизайн карбонових структур для молекулярних накопичувачів енергії
Анотація
В роботі вперше синтезовано і досліджено будову карбонових супрамолекулярних структур з ієрархічною архітектурою. Показано, що для них характерна наявність двох потенціальних інтервалів ємнісного і псевдоємнісного накопичення енергії на межі розділу з електролітом. Розглянуто зв’язок між пористою структурою, електронними властивостями нанопористого вуглецю та ємністю на межі розділу його з електролітом. Комп’ютерне моделювання процесів дозволило побудувати відповідні еквівалентні електричні схеми.Завантаження
##plugins.generic.usageStats.noStats##
Посилання
1. Shukla A. K., Sampath S. and Vijayamohanan K. Electrochemical supercapacitors: Energy storage beyond batteries // Current Science. - 2000. - Vol. 79, No. 12. - Р. 1656-1661.
2. Kötz R., Carlen M. Principles and applications of electrochemical capacitors // Electrochimica Acta . - 2000. - No. 45. - P. 2483-2498.
3. Conway B. E. Electrochemical Supercapacitors. // New York: Plenum Publishing, 1999. - 698 p.
4. Вольфкович Ю. М., Сердюк Т. М. Электро¬химические конденсаторы // Электрохимия. -2002. - Т. 38, № 9. - С. 1043-1068.
5. Dietz S., Nquen V. Monolitic carbon electrodes for double layer capacitors // Proc. 10-th international seminar on double layer capacitor and similar energy storage devices. - Deerfield Beach. -2000. - 7 p.
6. Shi H. Activated carbons and double layer capacitance // Electrochim. Acta. - 1996. - No. 41. - P. 1633-1639.
7. Bockris J. O’M., Devanathan M. A., Muller K. On the structure of charge interfaces // Proceedings of the Royal Society. - 1963. - T. 274. - 55 p.
8. Gryglewicz Grażyna, Machnikowski Jacek, Lorenc-Grabowska Ewa, Lota Grzegorz and Frackowiak Elzbieta. Effect of pore size distribution of coal-based activated carbons on double layer capacitance // Electrochimica Acta. -2005. - Vol. 50, No. 5. - P. 1197- 1206.
9. Little A. D. Overview of electrochemical capacitors: cоmparison with batteries // Proc. 4-th international seminar on double layer capacitor and similar energy storage devices. - Deerfield Beach. - 1994. - 32 p.
10. Endo M., Takeda T., Kim Y. J., Koshiba K. and Ishii K. High power electric double layer capacitor (EDLC’s); from operating principle to pore size control in advanced activated carbons // Carbon Science. - 2001. - Vol. 1, No. 3-4. - Р. 117-128.
11. Zheng J. Р. Apply Energy Density Theory to Nanogate Capacitors // Proc. The 14th international seminar on double layer capacitors and hybrid energy storage devices. - Deerfield Beach. - 2004. - P. 142-154.
12. Zheng J. P., Jow T. R. A New Charge Storage Mechanism for Electrochemical Capacitors // J. Electrochem. Soc. - 1995. - Vol. 142, No. 1. - P. L6-L8.
13. McKeown D. A., Hagans P. L., Carette L. P. L., Russell A. E., Swider K. E., Rolison D. R. Structure of Hydrous Ruthenium Oxides: Implications for Charge Storage // J. Phys. Chem. B. - 1999. - Vol. 103, No. 23. - P. 4825- 4832.
14. Conway B. E., Andreas H. A., Pell W. G. Specific ion effects on double layer capacitance of a C-Cloth electrode showing extended charge acceptance // Proc. The 14-th international seminar on double layer capacitors and hybrid energy storage devices. - Deerfield Beach. - 2004. - P. 155-176.
15. Bakhmatyuk B. P., Venhryn B. Ya., Grygorchak I. I., Micov M. M., Kulyk Yu. O. On the hierarchy of the influences of porous and electronic structures of carbonaceous materials on parameters of molecular storage devices // Electrochimica Acta. - 2007. - No. 52. - P. 6604-6610.
16. Мотт Н., Девис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. - М.: Мир, 1982. - 664 с.
17. Лен Ж.-М. Супрамолекулярная химия. Концепции и перспективы. - Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1998. - 333 c.
18. Стид Д. В., Этвуд Д. Л. Супрамолекулярная химия. В двух томах. - Москва: Академкнига, 2007. - Т. 1. - 480 c., Т. 2. - 416 c.
19. Yongbin Ji, Tiehu Li, Li Zhu, Xiaoxian Wang, Qilang Lin. Preparation of activated carbons by microwave heating KOH activation // Applied Surface Science. - 2005. - No. 254. - P. 506 - 512.
20. Venhryn B. Ya., Grygorchak I. I., Stotsko Z. A., Kulyk Yu. O., Mudry S. I., Strelchuk V. V., Budzulyak S. I. , Dovbeshko G. I., Fesenko O. M. Changes in the fractal and electronic structures of activated carbons produced by ultrasonic radiation and the effect on their performance in supercapacitors // Archives of Materials Science and Engineering. - 2012. - No. 57. - P. 28 - 37.
21. Кондир А. І., Борисюк А. К., Паздрій І. П., Швачко С. Г. Застосування вібраційного магнітометра для фазового аналізу спеціальних сталей та сплавів // Вибрации в технике и технологиях. - 2004. - Т. 34, № 2. - С. 41-43.
22. Швец Р. Я., Григорчак И. И., Борисюк А. К., І. І. Григорчак, А. К. Борисюк, Р. Я. Швець, Ф. О. Іващишин, Н. Т. Покладок, В. І. Балук... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 3, vol. 12, No. 3 425 Швачко С. Г., Кондырь А. И., Балук В. И., Курепа А. С., Рачий Б. И. Новые нанопористые биоуглероды с примесью железа и кремния: синтез, свойства, применение для суперконденсаторов // Физика твердого тела. - 2014. - Т. 56, № 10. - C. 1957-1963.
23. Стойнов З. Б., Графов Б. М., Савова-Стойнова Б., Елкин В. В. Электрохимический импеданс. - Москва: Наука, 1991. - 336 с.
24. Impedance spectroscopy. Theory, experiment and application / Ed. Barsoukov E. and Macdonald J. R. - Wiley interscience (Canada), 2005. - 585 p.
25. Gerischer H. An interpretation of the double layer capacity of graphite electrodes in relation to the density of states at the Fermi level // J. Phys. Chem. - 1985. - No. 89. - P. 4249- 4251.
26. Gerischer H., Mcintyer R., Scherson D., Storck W. Density of the electronic states of graphite: derivation from differential capacitance measurements // J. Phys. Chem. - 1987. - No. 91. - P. 1930-1935.
27. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость: - 2-е изд. - Mосква: Mир, 1984. - 310 с.
28. Li F., Franzen H. F. Ordering, Incommensuration, and Phase Transitions in Pyrrhotite: Part II: A High-Temperature X-Ray Powder Diffraction and Thermomagnetic Study // Journal of Solid State Chemistry. - 1996. - No. 126. - P. 108-120.
29. Lovrie W. Identification of ferromagnetic minerals in a rock by coercivity and unblocking temperature properties // Geophysical research letters. - 1990. - Vol. 17, No. 2. - P. 159- 162.
30. Горбик П. П., Мищенко В. Н.,. Абрамов Н. В., Усов Д. Г., Трощенков Ю. Н. Магнитные свойства наночастиц Fе3O4, полученных жидко-и твердофазным синтезом // Поверхность. - 2009. - Вип. 1(16).
31. O’Reilly W., Hoffmann V., Chouker A. C., Soffel H. C. and Menyeh A. Magnetic properties of synthetic analogues of pyrrhotite ore in the grain size range 1–24 μm // Geophysical Journal International. - 2000. - No. 142. - P. 669-683.
32. Stoller M.D., Park S.J., Zhu Y.W., An J.H. and Ruoff R.S. Graphene-Based Ultracapacitors // Nano Letters. - 2008. - Vol. 8, No. 10. - P. 3498-3502.
33. Wang Y., Shi Z., Huang Y., Ma Y., Wang C., Chen M., Chen Y. Supercapacitor Devices Based on Graphene Materials // J. Phys. Chem. C. - 2009. - No. 113. - P. 13103-13107.
34. Гадзыра Н. Ф., Семенцов Ю. И., Черныш И. Г. Изменение структуры остаточных соединений интеркалированного квазимонокристалла графита при нагреве // Доклады АН УССР. - 1990. - № 12. - С. 57 - 61.
35. Chuev M. A. , Pashaev È. M., Koval’chuk M. V., Kvardakov V. V. Phase relations and the shape of the X-ray rocking curves from heterostructures with quantum wells // Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. - 2009. - Vol. 90., No. 3. - P. 186-190.
36. Семенцов Ю. И., Пятковський М. Л. Терморасширенный графит // Неорганическое ма¬териаловедение // Под ред. Г. Г. Гнесина и В. В. Скорохода. - Киев: «Наукова думка», 2008. - Т. 2, Кн. 2. - С. 410-425.
2. Kötz R., Carlen M. Principles and applications of electrochemical capacitors // Electrochimica Acta . - 2000. - No. 45. - P. 2483-2498.
3. Conway B. E. Electrochemical Supercapacitors. // New York: Plenum Publishing, 1999. - 698 p.
4. Вольфкович Ю. М., Сердюк Т. М. Электро¬химические конденсаторы // Электрохимия. -2002. - Т. 38, № 9. - С. 1043-1068.
5. Dietz S., Nquen V. Monolitic carbon electrodes for double layer capacitors // Proc. 10-th international seminar on double layer capacitor and similar energy storage devices. - Deerfield Beach. -2000. - 7 p.
6. Shi H. Activated carbons and double layer capacitance // Electrochim. Acta. - 1996. - No. 41. - P. 1633-1639.
7. Bockris J. O’M., Devanathan M. A., Muller K. On the structure of charge interfaces // Proceedings of the Royal Society. - 1963. - T. 274. - 55 p.
8. Gryglewicz Grażyna, Machnikowski Jacek, Lorenc-Grabowska Ewa, Lota Grzegorz and Frackowiak Elzbieta. Effect of pore size distribution of coal-based activated carbons on double layer capacitance // Electrochimica Acta. -2005. - Vol. 50, No. 5. - P. 1197- 1206.
9. Little A. D. Overview of electrochemical capacitors: cоmparison with batteries // Proc. 4-th international seminar on double layer capacitor and similar energy storage devices. - Deerfield Beach. - 1994. - 32 p.
10. Endo M., Takeda T., Kim Y. J., Koshiba K. and Ishii K. High power electric double layer capacitor (EDLC’s); from operating principle to pore size control in advanced activated carbons // Carbon Science. - 2001. - Vol. 1, No. 3-4. - Р. 117-128.
11. Zheng J. Р. Apply Energy Density Theory to Nanogate Capacitors // Proc. The 14th international seminar on double layer capacitors and hybrid energy storage devices. - Deerfield Beach. - 2004. - P. 142-154.
12. Zheng J. P., Jow T. R. A New Charge Storage Mechanism for Electrochemical Capacitors // J. Electrochem. Soc. - 1995. - Vol. 142, No. 1. - P. L6-L8.
13. McKeown D. A., Hagans P. L., Carette L. P. L., Russell A. E., Swider K. E., Rolison D. R. Structure of Hydrous Ruthenium Oxides: Implications for Charge Storage // J. Phys. Chem. B. - 1999. - Vol. 103, No. 23. - P. 4825- 4832.
14. Conway B. E., Andreas H. A., Pell W. G. Specific ion effects on double layer capacitance of a C-Cloth electrode showing extended charge acceptance // Proc. The 14-th international seminar on double layer capacitors and hybrid energy storage devices. - Deerfield Beach. - 2004. - P. 155-176.
15. Bakhmatyuk B. P., Venhryn B. Ya., Grygorchak I. I., Micov M. M., Kulyk Yu. O. On the hierarchy of the influences of porous and electronic structures of carbonaceous materials on parameters of molecular storage devices // Electrochimica Acta. - 2007. - No. 52. - P. 6604-6610.
16. Мотт Н., Девис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. - М.: Мир, 1982. - 664 с.
17. Лен Ж.-М. Супрамолекулярная химия. Концепции и перспективы. - Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1998. - 333 c.
18. Стид Д. В., Этвуд Д. Л. Супрамолекулярная химия. В двух томах. - Москва: Академкнига, 2007. - Т. 1. - 480 c., Т. 2. - 416 c.
19. Yongbin Ji, Tiehu Li, Li Zhu, Xiaoxian Wang, Qilang Lin. Preparation of activated carbons by microwave heating KOH activation // Applied Surface Science. - 2005. - No. 254. - P. 506 - 512.
20. Venhryn B. Ya., Grygorchak I. I., Stotsko Z. A., Kulyk Yu. O., Mudry S. I., Strelchuk V. V., Budzulyak S. I. , Dovbeshko G. I., Fesenko O. M. Changes in the fractal and electronic structures of activated carbons produced by ultrasonic radiation and the effect on their performance in supercapacitors // Archives of Materials Science and Engineering. - 2012. - No. 57. - P. 28 - 37.
21. Кондир А. І., Борисюк А. К., Паздрій І. П., Швачко С. Г. Застосування вібраційного магнітометра для фазового аналізу спеціальних сталей та сплавів // Вибрации в технике и технологиях. - 2004. - Т. 34, № 2. - С. 41-43.
22. Швец Р. Я., Григорчак И. И., Борисюк А. К., І. І. Григорчак, А. К. Борисюк, Р. Я. Швець, Ф. О. Іващишин, Н. Т. Покладок, В. І. Балук... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 3, vol. 12, No. 3 425 Швачко С. Г., Кондырь А. И., Балук В. И., Курепа А. С., Рачий Б. И. Новые нанопористые биоуглероды с примесью железа и кремния: синтез, свойства, применение для суперконденсаторов // Физика твердого тела. - 2014. - Т. 56, № 10. - C. 1957-1963.
23. Стойнов З. Б., Графов Б. М., Савова-Стойнова Б., Елкин В. В. Электрохимический импеданс. - Москва: Наука, 1991. - 336 с.
24. Impedance spectroscopy. Theory, experiment and application / Ed. Barsoukov E. and Macdonald J. R. - Wiley interscience (Canada), 2005. - 585 p.
25. Gerischer H. An interpretation of the double layer capacity of graphite electrodes in relation to the density of states at the Fermi level // J. Phys. Chem. - 1985. - No. 89. - P. 4249- 4251.
26. Gerischer H., Mcintyer R., Scherson D., Storck W. Density of the electronic states of graphite: derivation from differential capacitance measurements // J. Phys. Chem. - 1987. - No. 91. - P. 1930-1935.
27. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость: - 2-е изд. - Mосква: Mир, 1984. - 310 с.
28. Li F., Franzen H. F. Ordering, Incommensuration, and Phase Transitions in Pyrrhotite: Part II: A High-Temperature X-Ray Powder Diffraction and Thermomagnetic Study // Journal of Solid State Chemistry. - 1996. - No. 126. - P. 108-120.
29. Lovrie W. Identification of ferromagnetic minerals in a rock by coercivity and unblocking temperature properties // Geophysical research letters. - 1990. - Vol. 17, No. 2. - P. 159- 162.
30. Горбик П. П., Мищенко В. Н.,. Абрамов Н. В., Усов Д. Г., Трощенков Ю. Н. Магнитные свойства наночастиц Fе3O4, полученных жидко-и твердофазным синтезом // Поверхность. - 2009. - Вип. 1(16).
31. O’Reilly W., Hoffmann V., Chouker A. C., Soffel H. C. and Menyeh A. Magnetic properties of synthetic analogues of pyrrhotite ore in the grain size range 1–24 μm // Geophysical Journal International. - 2000. - No. 142. - P. 669-683.
32. Stoller M.D., Park S.J., Zhu Y.W., An J.H. and Ruoff R.S. Graphene-Based Ultracapacitors // Nano Letters. - 2008. - Vol. 8, No. 10. - P. 3498-3502.
33. Wang Y., Shi Z., Huang Y., Ma Y., Wang C., Chen M., Chen Y. Supercapacitor Devices Based on Graphene Materials // J. Phys. Chem. C. - 2009. - No. 113. - P. 13103-13107.
34. Гадзыра Н. Ф., Семенцов Ю. И., Черныш И. Г. Изменение структуры остаточных соединений интеркалированного квазимонокристалла графита при нагреве // Доклады АН УССР. - 1990. - № 12. - С. 57 - 61.
35. Chuev M. A. , Pashaev È. M., Koval’chuk M. V., Kvardakov V. V. Phase relations and the shape of the X-ray rocking curves from heterostructures with quantum wells // Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. - 2009. - Vol. 90., No. 3. - P. 186-190.
36. Семенцов Ю. И., Пятковський М. Л. Терморасширенный графит // Неорганическое ма¬териаловедение // Под ред. Г. Г. Гнесина и В. В. Скорохода. - Киев: «Наукова думка», 2008. - Т. 2, Кн. 2. - С. 410-425.
Опубліковано
2015-06-22
Як цитувати
Григорчак, І. І., Борисюк, А. К., Швець, Р. Я., Іващишин, Ф. О., Покладок, Н. Т., Балук, В. І., Кулик, Ю. О., Рачій, Б. І., Лісовський, Р. П., & Семенцов, Ю. І. (2015). Супрамолекулярний дизайн карбонових структур для молекулярних накопичувачів енергії. Журнал фізики та інженерії поверхні, 12(3), 412 - 427. вилучено із https://periodicals.karazin.ua/pse/article/view/2862
Розділ
Статті
У відповідності з типовим шаблоном.
