Разработка модифицированного наноструктурированного углеродного материала (мНУМ) и способа его получения для электродов, позволяющих запасать высокую энергию в суперконденсаторах. Получение лабораторных образцов, проведение испытаний и исследований мНУМ .

Рассмотрены методы получения наноструктурированного углеродного материала (НУМ). В основу использованных методов получения НУМ был положен метод реплик. В начале проведен выбор носителя для получения С-МО композита (углерод-неорганический темплат). В качестве неорганического темплата протестированы оксиды алюминия и магния. Несмотря на то, что удалось получить монослойное покрытие оксида алюминия пленкой углерода, такие композита нельзя использовать для получения графенового порошка, так как углерод блокирует поверхность оксида и не позволяет провести удаление (растворение) темплата. Дальнейшие исследования проводили с оксидом магния. Выбран метод получения оксида магния с высокой удельной поверхностью из основного карбоната магния. Проведены лабораторные исследования по разработке метода получения графенового порошка методом реплики. Оксид магния зауглероживали путем разложения различных прекурсоров углерода, применяли углеводороды ряда алканов, алкенов и алкадиенов. Было продемонстрировано, что после удаления оксида магния из композита C - MgO, синтезированного, используя пропан-бутановую смесь, при температуре 730°C, был получен графеновый порошок (НУМ-9) с высокой электропроводностью и удельной поверхностью до 1500 м²/г. Разработан метод химической модификации поверхности одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) атомами азота. Модифицированные азотом ОУНТ (N-ОУНТ) детально исследованы методами РФЭС, электронной микроскопии и ИК-спектроскопии. Установлено, что при обработке ОУНТ в смеси 40%NH₃ - 1%С₂Н₂-C₂H₄ на поверхности углеродных нанотрубок за счет процессов полимеризации и конденсации углеводородов отлагается тонкий азотсодержащий углеродный слой. После обработки при температуре 600°С образование азотсодержащих функциональных групп является незначительным, однако при увеличении температуры обработки до 700°С содержание азота достигает 0,5% ат. от массы N-ОУНТ образца. Отработаны методы тонкой настройки микроструктуры НУМ-9 (малослойный графен, материал является главным кандидатом для применения в электродах суперконденсаторов), а также применен разработанный метод модификации поверхности функциональными группами, в частности, азотсодержащими группами. Детально изучены закономерности влияния различных параметров обработки исходного НУМ на текстурные характеристики конечных получаемых новых материалов, мНУМ; раскрыта природа образующихся функциональных групп на поверхности. Все приготовленные углеродные материалы были исследованы электрохимическими методами с целью определения их электроемкостных свойств. Проведено сравнение с емкостными характеристиками коммерческого углеродного материала, применяемого в реальном суперконденсаторе. На основе полученных данных о электроемкостных свойствах был сделан отбор наиболее перспективного углеродного материала для дальнейшего его использования в суперконденсаторах.