Activated Carbon Material Made From Apricot Stones as Highly Pseudocapacitive Electrode Material for Hybrid Supercapacitor

Bimodal activated carbon material made from apricot stones (ACMAS) have been investigated as polarized electrode for a hybrid supercapacitor (HS). Analysis of frequency dependence of impedance at the АСМASZnI2 interface under its anode polarization of 0.35 V–0.46 V has been made. The plotted dependence of specific pseudocapacitance (СP) on electrode potential (E) takes its maximal value 13600 F g-1 at E 0.46 V. Galvanostatic discharge (GD) at the current density (i) 1.0 A g-1 ensures the value 13235 F g-1. Dependences of Faradaic resistance (RF) and time constant (τ) on anode polarization of АСМAS electrode have been determined

Імпедансна спектроскопія конденсаторних систем, на основі пористих вуглецевих матеріалів, отриманих з сахаридів.

The electrochemical processes in capacitor systems based on porous carbon materials (PCMs) derived from glucose, lactose, and saccharose at activation temperature of 800 and 1000°C are explored using impedance spectroscopy method. An equivalent electric circuit, which allows modeling of the impedance spectra in the frequency range from 10-2 to 105 Hz, is proposed, and a physical interpretation of each element of the electrical circuit is presented. It is set that in capacitor systems on the basis of the explored materials the accumulation of capacitance occurs due to the formation of a double electric layer at the electrode/electrolyte boundary, and Faradaic processes are minimized. The specific capacity of supercapacitors based on PCMs obtained at 800°C is 91-154 F/g due to the developed microporous structure of materials.У роботі з використанням методу імпедансної спектроскопії досліджено електрохімічні процеси в конденсаторних системах на основі пористих вуглецевих матеріалів (ПВМ), отриманих із глюкози, лактози і сахарози за температур активації 800 and 1000°C. Запропоновано еквіваленту електричну схему, яка дозволяє задовільно моделювати імпедансні спектри в діапазоні частот 10-2 – 105 Гц та подано фізичну інтерпретацію кожного елемента електричної схеми. Встановлено, що в конденсаторних системах на основі досліджуваних матеріалів накопичення ємності відбувається за рахунок формування подвійного електричного шару на межі розділу електрод/електроліт, а фарадеївські процеси відсутні. Питома ємність суперконденсаторів на основі отриманих за температури 800°C ПВМ становить 91-154 Ф/г, що зумовлено розвиненою мікропористою структурою матеріалів

Структурні та електрофізичні властивості термічно розширеного графіту, отриманого хімічними методами: порівняльний аналіз

The aim of this paper is the comparison of structural, morphological and electrical properties of thermally extended graphite synthesized by chemical oxidation of graphite with sulfur of nitric acids at all other same conditions. Thermal treatments of graphite intercalation compounds were performed at a temperature of 600°C on the air for 10 min but additional annealing in temperature range of 100-600oC for 1 hour was done. The obtained materials were characterized by XRD, Raman spectroscopy and impedance spectroscopy. The evolution of structural ordering of thermally extended graphite samples at increasing of annealing temperature was traced. It was determined that the additional annealing allows to control the electrical conductivity and structural disordering degree of extended graphite samples that is useful for preparation of efficient current collectors for electrochemical capacitors.Метою даної роботи є порівняння структурних, морфологічних та електричних властивостей термічно розширеного графіту, синтезованого хімічним окисленням графіту сірчаною та азотною кислотами. Термічну обробку графітових інтеркаляційних сполук проводили при температурі 600 °C на повітрі протягом 10 хв з наступним додатковим відпалом в діапазоні температур 100-600°C. Отримані матеріали досліджувалися за допомогою X - променевого аналізу, раманівської та імпеданскної спектроскопії. Відслідковано еволюцію структури термічно розширеного графіту при підвищенні температури відпалу. Встановлено, що додатковий відпал дозволяє контролювати електропровідність і ступінь структурного впорядкування термічно розширеного графіту та підвищити ефективність струмознімачів для електрохімічних конденсаторів

Structural and sorption properties of nanoporous carbon materials obtained from walnut shells

Using the method of low-temperature nitrogen adsorption/desorption, the porous structure of nanoporous carbon materials obtained by alkaline activation of light industry waste (walnut shells) with subsequent thermal modification was investigated. The optimal relationship between temperature and modification time has been established. It is shown that an increase in the modification temperature reduces the transition time of micropores into mesopores and leads to a decrease in the specific surface area and total pore volume. Thus, the material obtained at a modification temperature of 400 ºC and a holding time of 120 min is characterized by the maximum specific surface area of 940 m2/g. It has been investigated that an increase in the time of temperature modification leads to an increase in specific electrical conductivity

Size Effects at Ultrasonic Treatment of Nanoporous Carbon and Improved Characteristics of Supercapacitors on Its Base

As shown, the common characteristic for nanoporous carbons obtained from different types of natural raw materials is so called fractal geometry, which changing is substantially reflected on the process of capacitive energy storage in an electric double layer (EDL) formed at the boundary between the carbon material and the electrolyte (KOH 30% aqueous solution). Relationship between the parameters of fractality and features of ultrasonic influence of carbon on the electronic structure and the structure of the EDL is investigated and results in establishing conditions to achieve improved performance characteristics of supercapacitors based on them.В роботі вперше знайдено спільну характеристику для нанопористих вуглеців, одержаних із різних видів природньої сировини, — фрактальну геометрію, зміна якої істотно відбивається на процесі місткісного накопичення енергії в подвійному електричному шарі (ПЕШ) на роздільчій межі вуглецевого матеріялу з 30% водним розчином KOH. З’ясовано взаємозв’язок між параметрами фрактальности та впливом ультразвукового опромінення на електронну будову і структуру ПЕШ, встановлено умови для поліпшення експлуатаційних характеристик суперконденсаторів.В работе впервые обнаружена общая характеристика нанопористых углеродов, полученных из различных видов природного сырья, — фрактальная геометрия, изменение которой существенно отражается на процессе ёмкостного накопления энергии в двойном электрическом слое (ДЭС) на границе раздела углеродного материала с 30% водным раствором KOH.Óстановлена взаимосвязь между параметрами фрактальности и влиянием ультразвукового облучения на электронное строение и структуру ДЭС, определены условия для улучшения эксплуатационных характеристик суперконденсаторов

Методика отримання та дослідження оптичних властивостей вуглецевих квантових точок.

The proposed method of synthesis of CQDs on the basis of nanoporous carbon obtained from plant raw materials. It is established that in the short-wave region a band is registered, which is due to the exciton mechanism of recombination, whereas in the long-wavelength region it is related to the state of defects. The kinetics of PL extinction is not strictly exponential, which most likely indicates the distributed nature of fading from individual emitters.Запропонована методика синтезу ВКТ на основі нанопористого вуглецю отриманого із рослинної сировини. Встановлено, що у короткохвильовій області реєструється смуга, зумовлена екситонним механізмом рекомбінації, тоді як у довгохвильовій області вона пов'язана станом дефектів. Кінетика згасання ФЛ не є строго експоненційною що найбільш ймовірно свідчить про розподілений характер згасання від окремих емітерів

Stimulation of the metal doping process of nanoporous carbon material by laser irradiation

It has been established that the doping of activated carbon material with chromium and manganese increases the specific capacitance of storage devices based on the charge-discharge mechanism of a double electric layer (DEL) by ~70 % and leads to a decrease in their internal resistance by 30-35 %. The main reason for this rise is the transformation of the electron energy spectrum due to an increase in the density of electronic states, as a result of which a much larger number of electrolyte ions (primarily positive ones) participate in the formation of DEL and cause an increase in the specific capacitance of these devices. It has been shown that laser irradiation stimulates the metal penetration into the bulk of carbon material

The effect of orthophosphoric acid on energy-intensive parameters of porous carbon electrode materials

The effect of orthophosphoric acid concentration as an activating agent on the porous structure of carbon materials derived from apricot pits and energy-intensive parameters of electrochemical capacitors formed on their basis is studied. It is found that changing the ratio of the mass of the activating agent to the mass of the raw material in acid-activated porous carbon materials (PCMs), one can control the pore size distribution in the range of 0.5-20 nm and specific surface area in the range of 775-1830 m2/g. The use of cyclic voltammetry, impedance spectroscopy and chronopotentiometry made it possible to set the capacitive nature of charge accumulation processes in acid-activated PCMs, as well as to determine the contribution of a certain size of pores to the specific capacitance of PCM/electrolyte system

THE EFFECT OF THERMAL MODIFICATION ON THE DEVELOPMENT OF CARBON MATERIAL MICROPOROUS STRUCTURE

A research is done to characterize the microporous structure of outgoing and thermally modified (673 K, 180 min) plant-extracted carbon material. The porous system characteristics are worked out by different methods on low temperature (77K) N2 adsorption-desorption based isotherm. It is stated that thermal modification contributes to the enlargement of specific       surface (from 361 m2/g to 673 m2/g), an increase in total pore volume and an increase in micropore volume (from 0,127 cm3/g to 0,173 cm3/g). Most effectively thermal modification  is apt to form nanopores with diameters of 0,75; 1,25 and 4 nm