Wettability and sp2/sp3 ratio effects on supercapacitor performance of N-doped hydrogenated amorphous carbon nanofoam
Amorficzne nanopianki węglowe wytwarzane z wykorzystaniem lasera impulsowego są potencjalnymi kandydatami do zastosowań w elektrochemicznym magazynowaniu energii ze względu na ich wysoką porowatość i niską masę oraz możliwość otrzymania węgla w jednoczesnej hybrydyzacji sp² i sp³. Wiadome jest, że magazynowanie ładunku w nanostrukturach węglowych zawierających nieuporządkowaną obecność sp² zależy od ich hydrofobowości, powierzchni właściwej oraz porowatości. Jednakże ich wydajność w magazynowaniu ładunku ograniczona jest do pojemności powierzchniowej rzędu kilku mF/cm². Poprawiliśmy wydajność superkondensatora z nanopianki węglowej amorficznej domieszkowanej azotem poprzez inżynierię jej właściwości zwilżających powierzchnię oraz stosunku C-sp²/C-sp³ z wykorzystaniem obróbki termicznej w próżni. Pojemność właściwa została zwiększona około pięćdziesięciokrotnie, a napięcie urządzenia wzrosło z 0,8 do 1,1 V w porównaniu z nanopianką węglową w stanie wyjściowym. Ponadto, po raz pierwszy zbadaliśmy początkowy wzrost pojemności właściwej wodnego superkondensatora w zależności od szybkości skanowania, stosując pomiary in-situ łączące spektroskopię Ramana i badania elektrochemiczne. Efekt ten, wcześniej zaobserwowany, lecz dotychczas niewyjaśniony szczegółowo, przypisujemy aktywacji elektrochemicznej indukowanej zmianami strukturalnymi podczas procesu magazynowania ładunku. Optymalizacja nanopianki węglowej wytwarzanej laserem impulsowym może otworzyć drogę do technologii lekkich i porowatych nanostruktur dla zaawansowanych superkondensatoów od skali makro do mikro.
Artykuł:
Chemical Engineering Journal
Autorzy z PW:
Subrata Ghosh, Agnieszka Jastrzębska
Dyscyplina:
Rok wydania: