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

Ультрадисперсні beta-FeOOH та Fe3O4, отримані методом осадження: порівняльний аналіз електричних та електрохімічних властивостей

In this work, ultrafine powders of b-FeOOH and Fe3O4 have been obtained by the precipitation method. The values of the specific surface area for materials b-FeOOH and Fe3O4 are 101 and 135 m2/h. Frequency dependences of specific electrical conductivity have been obtained in the temperature range of 20-150 oC. It has been found that the materials show a superlinear dependence (SPL). In addition, the crossover energies from dc to JPL and from JPL to SPL have been calculated: Edc = 0.55eV, Ep1 = 0.51eB, Ep2 = 0.16eB and Edc = 0.22 eV, Ep1 = 0.21eB, Ep2 = 0.1 eB. Potentiodynamic studies have been performed at a scan rate from 1 mV/s to 50 mV/s. The b-FeOOH electrode material showed a specific capacitance value of 80 F/g at a scan rate of 1 mV/s, while the specific capacitance of the Fe3O4 material reached 32 F/g. Galvanostatic measurements have been done for discharge currents of 0.05 A/g, 0.1 A/g -  0.25 A/g. b-FeOOH sample is characterized by the maximum specific energy value of 8 W h/kg at the value of specific power equal to 20 W/kg, and Fe3O4 material is characterized by the maximum specific energy of about 3.5 W h/kg. У цій роботі ультрадисперсні порошки b-FeOOH та Fe3O4 були отримані методом осадження. Значення питомої площі поверхні для матеріалів b-FeOOH та Fe3O4 становлять 101 та 135 м2/г. Частотні залежності питомої провідності отримувались в діапазоні температур 20-150 оС. Встановлено, що матеріали проявляють суперлінійну залежність SPL. Крім того були розраховані енергії переходу від dc до JPL та до SPL, як складають Edc=0.55 еВ, Ep1=0.51 eB, Ep2=0.16 eB та Edc=0.22 еВ, Ep1=0.21 eB, Ep2=0.1 eB. Потенціодинамічні дослідження були проведені при швидкості сканування від 1 мВ/с до 50 мВ/с. Електродний матеріал b-FeOOH демонструє питому ємність до 80 F/g при швидкості сканування розряду 1 мВ/с, в той час ємність матеріалу Fe3O4 сягає 32 F/g. Гальваностатичні вимірювання проводились для струмів розряду 0,05 А/г-0,25 А/г. Для матеріалу b-FeOOH досягається максимальна питома енергія 8 Вт/кг при значенні питомої по­туж­ності рівній 20 Вт/кг, а для матеріалу Fe3O4  3,5 Вт/кг.&nbsp

Вплив заміщення іонів нікелю на структуру і електричні властивості нанорозмірного літій-залізного фериту, отриманого методом золь-гель автогоріння

Методом золь-гель автогоріння були синтезовані ферити шпінелі складу Li0.5 – x/2NixFe2.5 – x/2O4 (де х = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0). Структурні властивості отриманих порошків досліджувалися за допомогою рентгенівської дифракції (XRD), мессбауерівської спектроскопії, а також з використанням скануючої електронної мікроскопії (SEM). Усі синтезовані зразки володіють гарною кристалічністю, причому можна виділити дві шпінелі однакового складу: одна просторової групи P4332, в якій іони заліза і літію упорядковано розміщені вздовж кристалографічного напрямку {110}, а інша – просторової групи Fd3m, розупорядкована шпінель. Присутність обох шпінелей спостерігається при низькому вмісті допійованого елементу (х = 0.2 і 0.4). У випадку збільшення Ni2+ розупорядкована компонента зникає і залишається тільки упорядкована фаза. Розміри частинок синтезованого продукту, отриманих методами Дебая Шеррера і Вільямсона Холла, складають 22-35 нм. Виявлена присутність внутрішніх напруг гратки. Згідно запропонованого катіонного розподілу іони нікелю локалізуються у тетрапідгратці, а іони літію – у октапідгратці. Іони заліза перерозподіляються по обох підгратках у співвідношенні приблизно 1:2. Мессбауерівські спектри являють собою суперпозицію двох магнітоупорядкованих компонент, що відповідають октаедричному і тетраедричному оточенню заліза в шпінельній гратці і парамагнітного дублету, який вказує на присутність заліза у двовалентному стані. Показано, що провідні і діелектричні властивості синтезованих порошків мають характерну для феритових матеріалів частотну залежність, поведінка якої пояснюється на основі стрибкового механізму провідності і міжзеренної поляризації.Li0.5 – x/2NixFe2.5 – x/2O4 (х = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0) ferrite spinels have been synthesized by sol-gel auto-combustion technique. Structural properties of the obtained powders have been investigated by X-ray diffraction (XRD) method and scanning electron microscopy (SEM). All the synthesized powders have good crystallinity and it is possible to distinguish two spinels of the same composition: the first one of P4332 spatial group (iron and lithium ions are arranged along {110} crystallographic direction) and the second one of Fd3m spatial group (disordered spinel). The presence of both spinels is observed at low content of the doping material (х = 0.2 and 0.4). In the case of increase in Ni2+, the disordered component is absent and there is only the ordered phase. The particle size values of the synthesized material are calculated using Debye-Scherrer and Williamson-Hall methods. They are of about 22-35 nm. The presence of internal lattice stresses has been detected. According to proposed cation distribution, nickel ions are localized in tetrahedral sublattice and lithium ions are localized in octahedral one. Iron ions are redistributed in both sublattices in the ratio of about 1:2. The Mossbauer spectra represent a superposition of two magnetoordered components corresponding to the octahedral and tetrahedral surroundings of iron in the spinel lattice and the paramagnetic doublet that indicates the presence of iron in the bivalent state. It is shown that the conductive and dielectric properties of the synthesized powders are characterized by frequency dependence that is characteristic for ferrite materials. The behavior of this dependence is explained on the basis of the hopping mechanism of conductivity and intergranular polarization

Моделювання процесу формування нанопористої структури вуглецевих матеріалів для електродів електрохімічних конденсаторів

The paper presents the results of predicting the physical properties of nanoporous carbon materials during synthesis with their subsequent use as an electrode material for electric double-layer capacitors. It has been established a multilayer neural network can be used to predict the sorption properties of nanoporous carbon materials. A multilayer neural network confirms the experimental dependences of the characteristics of nanoporous carbon materials porous structure on the technological conditions of its obtaining.У роботі представлені результати прогнозування фізичних властивостей нанопористих вуглецевих матеріалів в процесі отримання з подальшим застосуванням їх як електродного матеріалу для електрохімічних конденсаторів, заряд яких накопичується в подвійному електричному шарі. Встановлено, що багатошарову нейронну мережу можна використовувати для прогнозування сорбційних властивостей нанопористих вуглецевих матеріалів, яка підтверджує експериментальні залежності характеристик їх пористої структури від технологічних умов отримання