ガンマ

Jul 23, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12887 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

活性炭（AC）は、高度に希釈した H2SO4 の水熱炭化と低濃度 KOH 活性化熱分解、その後の NaNO3 酸化環境下でのガンマ線誘起表面改質で構成される新しい環境に優しい方法により、ヤシの葉柄から開発されました。 調製された黒鉛状炭素は、その後スーパーキャパシタ電極の活物質として使用されました。 AC の物理化学的特性は、電界放出型走査電子顕微鏡 - エネルギー分散型 X 線分光法、ブルナウアー・エメット・テラー表面積分析による N2 吸脱着等温線、フーリエ変換赤外分光法、X 線回折およびラマン分光法を使用して特性評価されました。 作製した電極の電気化学的性能は、サイクリック ボルタンメトリー、定電流充放電、および電気化学インピーダンス分光法によって調査されました。 極めて低い H2SO4 濃度と小さな KOH:炭化水素比で処理した場合でも、ガンマ線照射後に AC の最大 SBET 1365 m2 g-1 が得られました。 これは、材料構造内に微細孔を生成する放射線誘発の相互接続ネットワーク形成に起因すると考えられます。 スーパーキャパシタ電極は、電気二重層静電容量を示し、309 F g-1 という最高の比静電容量と、10,000 サイクル以内の優れたサイクル安定性を示しました。 有望な結果は、スーパーキャパシタ材料の製造における環境に優しい方法の適用の高い可能性を強く保証します。

近年、化石エネルギーは、長期的なエネルギー供給の限界と環境問題により魅力が薄れてきています。 一方で、持続可能性とクリーンな環境を確保するために、代替エネルギーがますます考慮されるようになってきています。 エネルギー源に関係なく、すべての再生可能エネルギー処理には安定した信頼性の高いエネルギー貯蔵システム (ESS) が必要です。 スーパーキャパシタは、高い安定性、急速充電能力、幅広い動作温度を備えているため、大きな注目を集めています。 このクラスのエネルギー貯蔵デバイスは、最大 98% のエネルギー効率を備えた高い電力密度も示します1。 従来の固体誘電体コンデンサとは異なり、スーパーコンデンサの総静電容量は基本的に電気二重層静電容量 (EDLC) と電気化学的擬似静電容量に依存します。 実際、スーパーキャパシタの静電容量値は、電極の比表面積、細孔構造、導電率、表面機能などのいくつかの要因によって影響されます。 EDLC は通常、500 m2 g-1 を超える比表面積を提供し、従来のコンデンサよりもはるかに高い比容量を実現します。 EDLC の高速電荷蓄積可逆性により、充電/放電サイクルを数秒以内に完了できます2。 化学反応に基づく充放電プロセスを何度も繰り返すとサイクル寿命が短くなる二次電池とは対照的に、EDLC は数百万回の動作サイクル後でも優れた電極構造と高容量を維持できます3。 残念なことに、市販されている EDLC は、電池のエネルギー密度 (35 ～ 40 Wh kg-1) と比較すると、エネルギー密度が依然としてはるかに低い (< 10 Wh kg-1) という問題があります4。 実際、スーパーキャパシタのエネルギー密度と総静電容量は、追加の電荷蓄積 - 電荷転送メカニズム、いわゆる擬似静電容量を電極材料に導入すると改善できます。 このメカニズムは、電極/電解質界面およびバルク電極材料内での高速かつ可逆的な酸化還元反応によって起こります。 言い換えれば、このファラデープロセスは、EDLC とバッテリーの間のエネルギーギャップを減らすのに役立ちます5、6。 SC の擬似容量挙動は、主に電極表面のヘテロ原子含有官能基の存在によって支配されます。 金属酸化物、金属窒化物、および導電性ポリマーは、擬似コンデンサの電極で最も広く使用されている材料です。 しかし、製造プロセスには多くの有毒物質と組み合わせた複雑な手順が必要なため、環境リスクが生じます5。