Рачій Б. І. Отримання та фізико-хімічні властивості нанопористого вуглецю для електрохімічних систем накопичення заряду

Робота присвячена вдосконаленню методів отримання нанопористих вуглецевих матеріалів із сировини рослинного походження з наперед заданими фізико-хімічними властивостями, розвинутою площею поверхні та контрольованою пористою структурою. Проведено апробацію даних матеріалів в якості основи електродної компоненти електрохімічних систем накопичення заряду. Показано, що термохімічна активація калій гідроксидом гідротермально карбонізованої вихідної сировини дозволяє отримати нанопористий вуглецевий матеріал із середнім розміром 1,7 - 2,2 нм та сумарним об'ємом пор 0,8 см3/г і питомою площею поверхні до 1600 м2/г з мезопорами, що становлять до 15 % від загальної кількості пор. Оптимізована методика отримання мезопористого вуглецевого матеріалу з питомою площею поверхні 1500 м2/г, сумарним об'ємом пор 1,3 см3/г та мезопорами розміром 5 - 50 нм, що становлять 75 % загального об'єму пор. Промодельовано механізми накопичення енергії в електрохімічних системах нанопористий вуглець/електроліт, встановлено характер даних процесів, а також визначено вклад пор певного розміру в питому електроємність системи. Залежно від використовуваного електроліту та структурно-морфологічних характеристик нанопористого вуглецю отримано максимальні значення питомої ємності електрохімічних систем у водних (180 - 260 Ф/г) та органічних (60 - 100 Ф/г) електролітах. Використовуючи отримані нанопористі вуглеці в якості сорбента, визначено величину сорбційної активності за метиленовим блакитним (330 - 350 мг/г), метил оранжевим (340 - 360 мг/г) та йодом (900 - 920 мг/г). Запропоновано та апробовано в якості електродного матеріалу електрохімічних конденсаторів композит, сформований на основі вуглецевого матеріалу та терморозширеного графіту. Виготовлено лабораторні зразки електрохімічних конденсаторів із електродами на основі досліджуваних нанопористих вуглецевих матеріалів та вивчено їх енергоємнісні характеристики.