The influence of the type of conductive additive on the electrochemical properties of activated carbon material

Editorial Board PCSS Journal; Наталія Іванічок; Володимир Коцюбинський; Володимира Бойчук; Любов Солтис; Тарас Бедрій; Тарас Лисів; Володимир Мокляк; Роман Лісовський; Богдан Рачій

doi:10.15330/pcss.27.2.326-334

Автор(и)

Наталія Іванічок Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ, Україна; Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
Володимир Коцюбинський Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна
Володимира Бойчук Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна
Любов Солтис Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна
Тарас Бедрій Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна
Тарас Лисів Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна
Володимир Мокляк Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ, Україна; Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна
Роман Лісовський Івано-Франківський національний медичний університет, м. Івано-Франківськ, Україна
Богдан Рачій Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.27.2.326-334

Ключові слова:

активований вуглецевий матеріал, термохімічна активація, струмопровідна добавка, питома ємність, внутрішній опір, імпедансна спектроскопія, циклічна вольтамперометрія, гальваностатичний заряд/розряд

Анотація

У роботі досліджено електрохімічні властивості композитів на основі активованого вуглецевого матеріалу та струмопровідної добавки як електродів електрохімічних конденсаторів у водному електроліті. Встановлено вплив типу струмопровідної добавки на питомі ємнісні характеристики отриманого електродного матеріалу. Активований вуглецевий матеріал отримано шляхом термохімічної активації рослинної сировини з використанням гідроксиду калію. Вплив типу струмопровідної добавки на електрохімічні властивості вуглецевого матеріалу вивчали за допомогою електрохімічної імпедансної спектроскопії, циклічної вольтамперометрії та гальваностатичного заряд/розряду. Дослідження показали, що вибір струмопровідної добавки суттєво впливає на ефективність електрохімічних конденсаторів, зокрема на величину питомої ємності електродного матеріалу та її стабільність під час циклічного заряд/розряду. Серед протестованих струмопровідних добавок найбільш перспективною виявилася сажа Super-P, яка в поєднанні з активованим вуглецевим матеріалом забезпечує оптимальні електрохімічні характеристики. Такий композит демонструє найвищу питому ємність (~100–120 Ф/г), стабільну роботу при високих швидкостях заряд/розряду та значне зниження внутрішнього опору, що є ключовим для підвищення енергетичної та потужнісної ефективності електрохімічних конденсаторів.

Посилання

O. Veneri, C. Capasso, S. Patalano, Experimental study on the performance of a ZEBRA battery based propulsion system for urban commercial vehicles, Applied Energy, 185(2), 2005 (2017); https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.01.124.

N. Ivanichok, P. Kolkovskyi, O. Ivanichok, ... R. Abaszade, L. Ropyak, Effect of Thermal Activation on the Structure and Electrochemical Properties of Carbon Material Obtained from Walnut Shells, Materials, 17(11), 2514 (2024); https://doi.org/10.3390/ma17112514.

S. Mitani, S.-I. Lee, K. Saito, Y. Korai, I. Mochida, Contrast structure and EDLC performances of activated spherical carbons with medium and large surface areas, Electrochim. Acta, 51(25), 5487 (2006); https://doi.org/10.1016/j.electacta.2006.02.040.

M. Hwang, J. Oh, J. Kang, K.D. Seong, Y. Piao, Enhanced active sites possessing three-dimensional ternary nanocomposites of reduced graphene oxide/polyaniline/Vulcan carbon for high performance supercapacitors, Electrochim. Acta, 221, 23 (2016); https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.10.153.

E. A. Kiseleva, M. A. Zhurilova, S. A. Kochanova, E. J. Shkolnikov, A. B. Tarasenko, O. V. Zaitseva, O. V. Uryupina, G. V. Valyano, Influence of carbon conductive additives on electrochemical double-layer supercapacitor parameters, Journal of Physics: Conference Series, 946, 012030 (2018); https://doi:10.1088/1742-6596/946/1/012030.

S. A. Lisovska, R. V. Ilnytskyy, R. P. Lisovskyy, N. Ya. Ivanichok, Kh. V. Bandura, B. I. Rachiy, Structural and sorption properties of nanoporous carbon materials obtained from walnut shells, Physics and Chemistry of Solid State, 24(2), 348 (2023); https://doi.org/10.15330/pcss.24.2.348-353.

Y. Starchuk, N. Ivanichok, I. Budzulyak, S.-V. Sklepova, O. Popovych, P. Kolkovskyi & B. Rachiy, Electrochemical properties of nanoporous carbon material subjected to multiple chemical activation, Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 30(9), 936 (2022); https://doi.org/10.1080/1536383X.2022.2043285.

M. Itagaki, S. Suzuki, I. Shitanda, K. Watanabe, H.i Nakazawa, Impedance analysis on electric double layer capacitor with transmission line model, Journalof Power Sources, 164(1), 415 (2007); https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.09.077.

L. Jing, Z. Xiao Dong, Preparation and Electrochemical Characterization of an Activated Carbon Material of High Surface Area for Supercapacitor, Advanced Materials Research, 463-464, 410 (2012). https://doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.463-464.410.

H. D. Yoo, J. H. Jang, Ji H. Ryu, Y. Park, Seung M. Oh, Impedance analysis of porous carbon electrodes to predict rate capability of electric double-layer capacitors, Journal of Power Sources, 267, 411 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.05.058.

A. Azizpour, N. Bagovic, N. Ploumis, K. Mylonas, D. Hoxha, F. Kienberger, N. Al-Zubaidi-R-Smith, & G. Gramse, Electrochemical Analysis of Carbon-Based Supercapacitors Using Finite Element Modeling and Impedance Spectroscopy, Energies, 18(6), 1450 (2025); https://doi.org/10.3390/en18061450.

S.O. Zelinskyi, N.G. Stryzhakova, O.V. Gozhenko, Y.A. Maletin, How the Electrochemical Impedance Spectroscopy Can Deepen the Understanding of Supercapacitor Performance, Him. Fiz. Tehnol. Poverhni, 13(1), 70 (2022); https://doi.org/10.15407/hftp13.01.070.