Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2022, 13 (5), 565–573
Optimizing the carbonization temperature in the fabrication of waste cotton based activated carbon used as electrode material for supercapacitor
Nguyen K. Thach – National University of Science and Technology “MISIS”, Moscow, Russia; Vietnam National University of Forestry, Hanoi, Vietnam; nguyenkienthach@gmail.com
Ilya S. Krechetov – National University of Science and Technology “MISIS”, Moscow, Russia; ilya.krechetov@misis.ru
Valentin V. Berestov – National University of Science and Technology “MISIS”, Moscow, Russia; vberestov97@gmail.com
Tatyana L. Lepkova – National University of Science and Technology “MISIS”, Moscow, Russia; lepkova.tl@misis.ru
Svetlana V. Stakhanova – National University of Science and Technology “MISIS”, Moscow; Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia; stakhanova.s.v@muctr.ru
Corresponding author: N. K. Thach, nguyenkienthach@gmail.com
DOI 10.17586/2220-8054-2022-13-5-565-573
ABSTRACT H3PO4-impregnated waste cotton was used as precursor to fabricate high porous activated carbon (AC) by the carbonization and activation processes with ultrahigh heating rate. The obtained activated carbon has unique physicochemical properties such as the structure mainly amorphous and ultrahigh specific surface area of 2769.7 m2/g for samples fabricated at carbonization temperature of 600 °C. The double-layer supercapacitors with activated carbon electrodes and electrolyte based on 1,1-dimethylpyrrolidinium tetrafluoroborate solution in acetonitrile of 1 M concentration were fabricated. The specific capacitance of electrode material fabricated from AC obtained at carbonization temperature of 600 °C reached 110.8 F/g at the current density of 50 mA/g and 85.1 F/g at 1000 mA/g. At 1000 mA/g, the degradation was less than 25% after 5000 charge/discharge cycles. The carbonization temperature of 600 °C is considered as optimum for fabricating activated carbon and the obtained activated carbon can be used for supercapacitor electrode materials.
KEYWORDS cotton, waste cotton, activated carbon, porous carbon, electrode material, supercapacitor, cellulose.
[In Russian] Н.К. Тхач, И.С. Кречетов, В.В. Берестов, Т.Л. Лепкова, С.В. Стаханова
Оптимизация температуры карбонизации при получении активированного угля на основе отходов хлопкового пуха, для использования в качестве материала электродов суперконденсатора
АННОТАЦИЯ В работе для получения высокопористого активированного угля (АУ) путём карбонизации и активации со сверхвысокой скоростью нагрева в качестве прекурсора был использован отход текстильного производства – хлопковый пух – пропитанный H3PO4. Активированный уголь, полученный карбонизацией при температуре 600 °C обладает уникальными физико-химическими свойствами: в основном аморфной структурой и чрезвычайно высокой удельной поверхностью до 2767 м2/г. Из полученного активированного угля изготавливали электроды для двойнослойных суперконденсаторов с электролитом на основе 1 М раствора 1,1-диметилпирролидиния тетрафторбората в ацетонитриле. Удельная емкость электродного материала, изготовленного из АУ, полученного карбонизацией при температуре 600 °C, достигает 110,8 Ф/г при удельном токе 50 мА/г и 85,1 Ф/г при 1000 мА/г. После 5000 циклов заряда/разряда при токе 1000 мА/г падение ёмкости составляет менее 25 %. Температура карбонизации 600 °C оптимальна для получения предложенным методом активированного угля, который может быть использован для изготовления электродных материалов суперконденсаторов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА хлопок, отходы текстильного производства, активированный уголь, пористый углерод, электродный материал, суперконденсатор, целлюлоза.
