Группа ученых из Сколтеха и МГУ показала, что увеличивать емкость суперконденсаторов можно не только азотом. Исследования демонстрируют, что модификация поверхностей с помощью атомов кислорода значительно улучшает электрохимические характеристики материалов. Открытие может помочь в изготовлении суперконденсаторов нового поколения.
Выяснилось, что модификация электродных материалов в кислородной плазме улучшает их свойства / ©static.fanpage.it
Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Physical and Chemistry Letters. Развитие возобновляемых источников энергии требует поиска новых материалов с улучшенными электрохимическими характеристиками. Углерод – один из самых распространенных материалов для изготовления электродов, входящих в состав электрохимических источников тока.
Для усовершенствования углеродных материалов используют различные методы модификации поверхности материала, например, наносят дополнительные оксиды металлов, создают многослойные покрытия, искусственно увеличивают удельную поверхность. Относительно новое направление в модификации поверхностей – использование легирующих атомов (N, F, Cl и других), которые встраиваются в углеродную решетку. Такое встраивание существенно меняет электрохимические характеристики материала и не «отравляет» раствор электролита в процессе зарядки-разрядки источников тока.
Ранее ученые из Сколтеха показали, что встраивание азота в углеродную решетку приводит к увеличению электрохимической емкости в несколько раз. Сейчас та же самая научная группа из Центра проектирования, производственных технологий и материалов Сколтеха совместно с коллегами из МГУ изучила влияние гетероатомов азота и кислорода на электрохимические характеристики материала.
«Для модификации поверхности углеродных материалов мы использовали плазму постоянного тока в атмосфере азота, кислорода, а также смеси этих газов. В результате такой плазменной обработки материалов происходит внедрение атомов кислорода и азота в углеродную решетку. Изменение состава плазмы позволяет контролировать режим функционализации поверхности», – объясняет первый автор исследования, старший научный сотрудник Сколтеха Станислав Евлашин.
Модификация углеродной решетки другими атомами изменяет «совершенство» решетки, как бы нарушает ее структуру, что приводит к изменению электрохимических характеристик. Электрохимические измерения в кислотной среде показали, что образцы, которые были модифицированы в кислородной плазме, демонстрируют самое высокое содержание кислорода и наибольшее значение электрохимической емкости.
Результаты исследования говорят о том, что азот является не единственным элементом, который приводит к значительному увеличению удельной емкости суперконденсаторов: кислород иногда проявляет себя даже лучше. Ученые связывают такие результаты не только с функционализацией поверхности, то есть с наделением ее новыми свойствами, но и с изменениями, происходящими в кристаллической решетке материала. В отличие от азота, кислород может быть значительно проще внедрен в кристаллическую решетку. Полученные результаты помогут в изготовлении суперконденсаторов нового поколения.
