樹脂とカーボンナノを含む複合材

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6606 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

ここでは、ヒドロキシアリール基によるカーボンナノオニオン（CNO）の官能基化とその後の樹脂による修飾（ポロジェニックプルロニックF-127を使用したレゾルシノールホルムアルデヒド、レゾルシノールホルムアルデヒドメラミン、ビスフェノールAとトリエチレンテトラミンで作られたベンゾオキサジン、およびカリックス）を報告します。 [4]F-127を使用したレゾルシナレン誘導。 直接炭化に続いて、フーリエ変換赤外、ラマンおよび X 線光電子分光法、走査型および透過型電子顕微鏡、N2 の吸脱着などの広範な物理化学的分析が実行されました。 材料に CNO を添加すると、総細孔容積が大幅に増加します (炭化レゾルシノール - ホルムアルデヒド樹脂および CNO (RF-CNO-C) の場合は最大 0.932 cm3 g-1、炭化レゾルシノール - ホルムアルデヒド - メラミン樹脂の場合は 1.242 cm3 g-1および CNO (RFM-CNO-C))、メソ細孔が優勢です。 ただし、合成された材料には、構造的に乱れがあり、規則性の低いドメインが含まれています。 RFM-CNO-C 複合材料は、アモルファス領域と半結晶領域を備えたより規則的な構造を示します。 その後、サイクリック ボルタンメトリーと定電流充放電法により、すべての材料の電気化学的特性が研究されました。 樹脂の組成、CNO含有量、炭素質骨格中のN原子の量が電気化学的性能に及ぼす影響を研究しました。 いずれの場合も、CNO を材料に添加すると、その電気化学的特性が向上します。 CNO、レゾルシノール、メラミン由来の炭素材料（RFM-CNO-C）は、電流密度 2 A g-1 で 160 F g-1 という最も高い比容量を示し、これは 3000 サイクル後も安定しています。 RFM-CNO-C 電極は、初期の容量効率の約 97% を保持します。 RFM-CNO-C 電極の電気化学的性能は、階層的多孔性の安定性と骨格内の窒素原子の存在によって決まります。 この材料はスーパーキャパシタデバイスに最適なソリューションです。

現代社会は化石燃料に依存しており、公害、地球温暖化、燃料費の増加、地政学的問題などに関連するあらゆる問題に苦しんでいます。 高電力効率のエネルギー貯蔵に対する需要の高まりにより、近年、電気化学スーパーキャパシタ (SC) の開発が大きな注目を集めています。 その主な理由は、SC が産業分野、主に自動車産業 (電気自動車など) や軍事目的で多くの用途を持っているためです 1、2、3。 SC デバイスは、バッテリーと比較して高い電力率で動作できます4、5、6、7。 ただし、蓄えることができる電荷は 3 ～ 30 分の 1 です 5、7、8。 SC は、異なる蓄電メカニズムを特徴とする電解コンデンサやバッテリーよりも優れた独自のソリューションを提供するため、魅力的です。 従来のストレージデバイスの技術的な欠点は、容量と保存期間が限られていることです。 したがって、高電力密度、低入力抵抗、長寿命、急速充放電、および環境に優しい SC を発見するために多くの努力が払われました8、9、10、11、12。 最も有望な材料は、カーボンナノ材料 9,13、導電性ポリマー 14,15、金属酸化物 16,17、およびそれらの複合材料 18 であるようです。また、共有結合性有機フレームワークまたは金属 - 有機フレームワーク 19,20、黒リン、または金属窒化物 21 などのあまり研究されていない材料もあります。 22.

炭素材料は、その形態的多様性と低コストのため、コンデンサに広く使用されています8、9、23。 このグループのカーボンナノ構造（CN）は、さまざまな形状、サイズ、ハイブリッド形成状態、ヘテロ原子含有量、マイクロテクスチャーなどの多くの特徴を示し、これらは特性や特定の用途において重要な役割を果たします24、25。 高い表面積、さまざまなイオンを蓄えるのに適したサイズの細孔、電極の分極性と導電性は、電気二重層 (EDL) を効率的に帯電させるために重要です4。 電気キャパシタデバイスでの実用化に近づいているナノカーボンの最も研究されている形態は、グラフェン 26、27、カーボンナノチューブ (CNT) 28、29、30、およびカーボンナノオニオン (CNO) 31、32、33 です。