Синтез и свойства твердоуглеродных материалов из вискозного волокна, допированного молибденом, для отрицательных электродов натрий-ионных аккумуляторов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложен метод синтеза твердого углерода путем карбонизации химически модифицированной (допированной молибденом) коммерчески доступной технической вискозной нити. Изучено влияние молибденсодержащей добавки на условия карбонизации. Отмечено, что продукты карбонизации сохраняют волокнистое строение и гибкость. Изучены структурные особенности синтезированных твердоуглеродных материалов, обнаружена их взаимосвязь с температурой карбонизации и содержанием вводимого молибденсодержащего допанта. Исследована текстура материалов, выявлена корреляция удельной площади поверхности и пористости с условиями синтеза. Рассмотрена возможность использования полученных продуктов в роли анодных материалов для натрий-ионных аккумуляторов. Сопоставление результатов электрохимических испытаний с известными данными свидетельствует об индуцированной молибденом под действием температуры структурной перестройке углеродного каркаса, сопровождающейся ростом и упорядочением графитоподобных нанокластеров. Материал, полученный при температуре 1050°С, показал наилучшие электрохимические характеристики и способность к устойчивому циклированию с емкостью 290 мА ч/г при 25 мА/г.

Об авторах

В. В. Железнов

Институт химии ДВО РАН

Email: ttt@ich.dvo.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

Н. С. Саенко

Институт химии ДВО РАН

Email: ttt@ich.dvo.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

В. Ю. Майоров

Институт химии ДВО РАН

Email: ttt@ich.dvo.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

А. Ю. Устинов

Институт химии ДВО РАН

Email: ttt@ich.dvo.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

Т. А. Сокольницкая

Институт химии ДВО РАН

Email: ttt@ich.dvo.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

В. Г. Курявый

Институт химии ДВО РАН

Email: ttt@ich.dvo.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

Д. Х. Шлык

Институт химии ДВО РАН

Email: ttt@ich.dvo.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

А. А. Соколов

Институт химии ДВО РАН

Email: ttt@ich.dvo.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

Д. П. Опра

Институт химии ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ttt@ich.dvo.ru
Россия, 690022, Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159

Список литературы

  1. Xie F., Xu Z., Guo Z. et al. // Prog. Energy. 2020. V. 2. № 4. P. 042002. https://doi.org/10.1088/2516-1083/aba5f5
  2. Ma J., Li Y., Grundish N.S. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2021. V. 54. № 18. P. 183001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/abd353
  3. Xu G., Amine R., Abouimrane A. et al. // Adv. Energy Mater. 2018. V. 8. № 14. P. 1702403. https://doi.org/10.1002/aenm.201702403
  4. Mukherjee S., Bin Mujib S., Soares D. et al. // Materials (Basel). 2019. V. 12. P. 1952. https://doi.org/10.3390/ma12121952
  5. Yu P., Tang W., Wu F.-F. et al. // Rare Met. 2020. V. 39. № 9. P. 1019. https://doi.org/10.1007/s12598-020-01443-z
  6. Simone V., Boulineau A., de Geyer A. et al. // J. Energy Chem. 2016. V. 25. № 5. P. 761. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2016.04.016
  7. Li Y., Hu Y.-S., Titirici M.-M. et al. // Adv. Energy Mater. 2016. V. 6. № 18. P. 1600659. https://doi.org/10.1002/aenm.201600659
  8. Yamamoto H., Muratsubaki S., Kubota K. et al. // J. Mater. Chem. A. 2018. V. 6. № 35. P. 16844. https://doi.org/10.1039/C8TA05203D
  9. Hou H., Qiu X., Wei W. et al. // Adv. Energy Mater. 2017. V. 7. № 24. P. 1602898. https://doi.org/10.1002/aenm.201602898
  10. Wang W., Li W., Wang S. et al. // J. Mater. Chem. A. 2018. V. 6. № 15. P. 6183. https://doi.org/10.1039/c7ta10823k
  11. Zhu Z., Liang F., Zhou Z. et al. // J. Mater. Chem. A. 2018. V. 6. № 4. P. 1513. https://doi.org/10.1039/C7TA07951F
  12. Zhang H., Huang Y., Ming H. et al. // J. Mater. Chem. A. 2020. V. 8. № 4. P. 1604. https://doi.org/10.1039/C9TA09984K
  13. Шандаков С.Д., Вершинина А.И., Ломакин М.В. и др. // Вестн. Кемеровского гос. ун-та. 2015. Т. 2. № 5. С. 127.
  14. Ге Ч., Фан Ж., Шен Л. и др. // Электрохимия. 2019. Т. 55. № 10. С. 1236. https://doi.org/10.1134/S0424857019080061
  15. Сморгонская Э.А., Звонарева Т.К., Иванова Е.И. и др. // Физика твердого тела. 2003. Т. 45. № 9. С. 1579.
  16. Li Y., Ni B., Li X. et al. // Nano-Micro Lett. 2019. V. 11. № 1. P. 60. https://doi.org/10.1007/s40820-019-0291-z
  17. Xu D., Chen C., Xie J. et al. // Adv. Energy Mater. 2016. V. 6. № 6. P. 1501929. https://doi.org/10.1002/aenm.201501929
  18. Li Z., Bommier C., Chong Z. Sen et al. // Adv. Energy Mater. 2017. V. 7. № 18. P. 1602894. https://doi.org/10.1002/aenm.201602894
  19. Zhu C., Mu X., van Aken P.A. et al. // Angew. Chem. 2014. V. 126. № 8. P. 2184. https://doi.org/10.1002/ange.201308354
  20. David L., Bhandavat R., Singh G. // ACS Nano. 2014. V. 8. № 2. P. 1759. https://doi.org/10.1021/nn406156b
  21. Zeng L., Zhang L., Liu X. et al. // Polymers (Basel). 2020. V. 12. № 9. P. 2134. https://doi.org/10.3390/polym12092134
  22. Xie X., Makaryan T., Zhao M. et al. // Adv. Energy Mater. 2016. V. 6. № 5. P. 1. https://doi.org/10.1002/aenm.201502161
  23. Литвинская В.В., Хохлова Г.П., Кряжев Ю.Г. // Химия твердого топлива. 2003. Т. 2. С. 51.
  24. Sisu C., Iordanescu R., Stanciu V. et al. // Dig. J. Nanomater. Biostructures. 2016. V. 11. № 2. P. 435.
  25. Saenko N.S., Ziatdinov A.M. // Mater. Today Proc. 2018. V. 5. № 12. P. 26052. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.08.028
  26. Thommes M., Kohn R., Fruba M. // J. Phys. Chem. B. 2000. V. 104. № 33. P. 7932. https://doi.org/10.1021/jp994133m
  27. Jagiello J., Thommes M. // Carbon. 2004. V. 42. № 7. P. 1227. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2004.01.022
  28. Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V. et al. // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. № 9–10. P. 1051. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117
  29. Fujimoto H., Shiraishi M. // Carbon. 2001. V. 39. P. 1753. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(00)00308-0
  30. Fujimoto H. // Carbon. 2003. V. 41. P. 1585. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(03)00116
  31. Boruah R.K., Saikia B.K., Baruah B.P. et al. // J. Appl. Crystallogr. 2008. V. 41. № 1. P. 27. https://doi.org/10.1107/S0021889807049655
  32. Biennier L., Georges R., Chandrasekaran V. et al. // Carbon. 2009. V. 47. № 14. P. 3295. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2009.07.050
  33. Biscoe J., Warren B.E. // J. Appl. Phys. 1942. V. 13. № 6. P. 364. https://doi.org/10.1063/1.1714879
  34. Oberlin A., Bonnamy S., Oshida K. // Tanso. 2006. V. 224. P. 281.
  35. Ziatdinov A.M., Saenko N.S., Skrylnik P.G. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 1. P. 133. https://doi.org/10.1134/S0036023620010210
  36. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G. // Adv. Phys. 1981. V. 30. № 2. P. 139. https://doi.org/10.1080/00018738100101367
  37. Xu K., Pan Q., Zheng F. et al. // Front. Chem. 2019. V. 7. P. 733. https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00733
  38. Bobyleva Z.V., Drozhzhin O.A., Dosaev K.A. et al. // Electrochim. Acta. 2020. V. 354. P. 136647. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.136647
  39. Zhao J., Zhao L., Chihara K. et al. // J. Power Sources. 2013. V. 244. P. 752. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.06.109
  40. Li Y., Zhang L., Wang X. et al. // Research. 2019. № 1. P. 1. https://doi.org/10.34133/2019/6930294
  41. Han J., Johnson I., Lu Z. et al. // Nano Lett. 2021. V. 21. № 15. P. 6504. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01595
  42. Yu P., Zhang W., Yang Y. et al. // J. Colloid Interface Sci. 2021. V. 582. P. 852. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.08.063

Дополнительные файлы


© В.В. Железнов, Н.С. Саенко, В.Ю. Майоров, А.Ю. Устинов, Т.А. Сокольницкая, В.Г. Курявый, Д.Х. Шлык, А.А. Соколов, Д.П. Опра, 2023