НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ ЭЛЕКТРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ FE-PT/C НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНОЙ МАТРИЦЫ ИЗ АНТРАЦИТА
Authors: ЗАХАРОВ Ю.А. , СИМЕНЮК Г.Ю. , ЗЫКОВ И.Ю. , ДОДОНОВ В.Г. , ПУГАЧЕВ В.М. , СОЗИНОВ С.А. , ЛАРИЧЕВ Т.А. , НЕЧАЕВА Т.С. , СЕРГИНА Т.О. 
Published: January 2025

Наноструктурированные композиты Fе-Pt/С на основе углеродной матрицы с содержанием наполнителя 1 мас. % и молярным соотношением компонентов Pt/Fe, равным 9 : 1, получены совместным восстановлением водных растворов прекурсоров (гексахлороплатинат(IV) водорода и сульфат(II) железа) щелочным раствором гидразингидрата при температуре 90-95 °С. В качестве углеродной матрицы использовали преимущественно микропористый углеродный сорбент САК, синтезированный высокотемпературной щелочной активацией антрацита Кузнецкого угольного бассейна. Изучен процесс формирования нанофазы наполнителя Fе-Pt на начальных этапах синтеза, для чего, наряду со стандартной методикой синтеза (5 мин), проведены синтезы с прерыванием реакции на начальном этапе (через 10 и 30 с) путем введения в реакционную среду охлажденного до температуры 2 °С разбавленного раствора HCl. Обнаружено, что, согласно данным рентгенофазового анализа и сорбометрии, в течение 10 с происходит формирование высокодисперсных наночастиц наполнителя, декорирующих поверхность матрицы, при этом наблюдается минимальное блокирование пор матрицы и регистрируются наиболее высокие электроемкостные показатели нанокомпозитов. Установлено, что при возрастании длительности процесса происходит укрупнение частиц наполнителя, что вызывает уменьшение удельной поверхности наноструктурированных композитов и, как следствие, ухудшение электроемкостных свойств. Показано, что наиболее высокая удельная электрическая емкость (в 1.5-1.7 раза выше емкости ячейки с электродами из САК) достигнута в асимметричной ячейке с рабочим нанокомпозитным электродом Fе-Pt/C, полученным в условиях прерывания синтеза через 10 с. Обсуждаются причины рассмотренных эффектов.

Nanostructured Fе-Pt/С composites based on a carbon matrix with a filler content of 1 wt%, and the molar ratio of Pt/Fe components equal to 9 : 1 have been obtained by the joint reduction of aqueous solutions of the precursors (hydrogen hexachloroplatinate(IV) and iron(II) sulphate) with an alkaline solution of hydrazine hydrate at a temperature of 90-95 ° C. The carbon matrix was mainly a microporous carbon sorbent (CAK) synthesized by the high-temperature alkaline activation of anthracite from the Kuznetsk coal basin. The formation of the Fе-Pt filler nanophase at the initial stages of synthesis has been studied. For this purpose, along with the standard synthesis method (5 min), the syntheses with the interruption of the reaction at the initial stage (after 10 and 30 s) have been carried out by introducing a dilute HCl solution cooled to a temperature of 2 °C into the reaction medium. It has been found that, according to X-ray diffraction and sorbtometry data, the formation of finely dispersed filler nanoparticles decorating the matrix surface occurs within the first 10 s, while minimal blocking of the matrix pores is observed, and the highest electrical capacity characteristics for nanocomposites are recorded. It has been determined that with an increase in process duration, the filler particles become larger, which causes a decrease in the specific surface of nanostructured composites and, as a consequence, deterioration of the electrical capacitance properties. It is shown that the highest specific electrical capacitance (1.5-1.7 times higher than the capacity for a cell with electrodes made of CAK) was achieved in an asymmetric cell with a working nanocomposite Fе-Pt/C electrode obtained under the conditions of synthesis interruption after 10 s. The reasons for these considered effects are discussed