Разработка новых подходов быстрого и масштабируемого синтеза электродных материалов на основе графена для суперконденсаторов

В данном проекте будут разработаны технологии получения модифицированных углеродных материалов с большой удельной площадью поверхности на основе графена, которые будут обладать энергоэффективностью, быстротой и масштабируемостью получения. Синтез графеноподобного материала на установке быстрого джоулева нагрева (БДН) будет включать несколько последовательных этапов. Полимерные отходы будут измельчены и смешаны с техническим углеродом. Под воздействием высокой температуры в реакционной камере произойдет термическое разложение полимера, с образованием летучих компонентов и графеноподобных структур. Для получения пористой структуры и допирования атомами азота, бора, серы, фосфора и кислорода, полученные материалы будут функционализироваться в два этапа. В первом этапе графенсодержащие материалы будут подвергнуты электрохимической обработке в растворах неорганических солей и/или серной кислоты. Во втором этапе материал будет смешиваться с реагентами для допирования методом БДН. Ожидается получение графеновых материалов с определенным содержанием допированных атомов химических элементов, с улучшенными физико-химическими свойствами в зависимости от условий проведения синтеза. На основе получаемых углеродных материалов будет сделан электрод, хорошо совместимый с ионной жидкостью, с последующей сборкой суперконденсаторов. Будет собрана опытная партия СК для проведения испытаний согласно разработанной программе. Суть метода заключается в функционализации турбостратного графена с целью изменения электрических свойств материала электрода. Например, включение азота в графеновые материалы повышает проводимость и способствует увеличению скорости межфазного переноса носителей заряда. Легирование гетероатомами, такими как бор, азот и хлор, может усилить взаимодействие между графеновыми электродами и электролитами, предотвратить агломерацию и увеличить проводимость и электрохимически активные центры. При успешном осуществлении допирования посредством БДН, будут получены результаты, имеющие как фундаментальную, так и прикладную значимость. Полученные графеновые материалы, в ходе выполнения Проекта, будут исследованы методом спектроскопии комбинационного рассеяния света для анализа углеродной фазы материала, а также, для оценки дефектности структуры, методом сканирующей электронной микроскопии для изучения морфологии поверхности. Анализ состава поверхностных углеродных групп будет определен методом инфракрасной спектроскопии, количественный состав функциональных групп – методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Элементный состав будет определен методом энергодисперсионного анализа, исследование количества слоев и латеральных размеров чешуек графена методом атомно-силовой микроскопии. Удельная площадь поверхности и распределение пор будет определяться методом Брунауэра-Эммета-Теллера.