Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина в суперконденсаторах высокой ёмкости

Abstract

Разработаны методики получения композитов на основе восстановленного СВЧ-облучением оксида графена и сопряжённого полимера – полианилина (ПАни-ВОГ), обладающих высокой удельной ёмкостью при их использовании в качестве электродов суперконденсаторов. Проведено исследование структуры и физико-химических свойств композитов различного процентного состава с помощью методов элементного анализа, ИК- и КР-спектроскопии и электронной микроскопии. Показано, что ВОГ обладает высокой стабильностью при длительном циклировании в режиме заряд—разряд, но низкими показателями ёмкости (≅ 22 Ф/г); чистый ПАни, наоборот, имеет высокую удельную ёмкость в пределах 800—850 Ф/г и недостаточную устойчивость при заряд-разрядном циклировании. Ёмкостные показатели и стабильность при продолжительных гальваностатических испытаниях композитов ПАни-ВОГ занимают промежуточные значения по сравнению с составляющими их компонентами. Из трёх исследованных композитов наиболее устойчивым к циклированию и обладающим приемлемыми ёмкостными показателями (более 300 Ф/г) является состав 70 вес.% ПАни и 30 вес.% ВОГ.

Розроблено методики одержання композитів на основі відновленого НВЧ-опроміненням оксиду графену і сполученого полімеру – поліаніліну (ПАні-ВОГ), що володіють високою питомою місткістю при їх використанні в якості електродів суперконденсаторів. Проведено дослідження структури і фізико-хімічних властивостей композитів різного процентного складу за допомогою методів елементного аналізу, ІЧ- і КР-спектроскопії й електронної мікроскопії. Показано, що ВОГ володіє високою стабільністю при тривалому циклюванні в режимі заряд—розряд, але низькими показниками місткости (≅ 22 Ф/г); чистий ПАні, навпаки, має високу питому місткість в межах 800—850 Ф/г і недостатню стійкість при заряд-розрядному циклюванні. Місткісні показники і стабільність при тривалих гальваностатичних випробуваннях композитів ПАні-ВОГ мають проміжні значення в порівнянні з компонентами, які складають їх. З трьох досліджених композитів найбільш стійким до циклювання і таким, що володіє прийнятними місткісними показниками (більше 300 Ф/г), є склад із 70 ваг.% ПАні і 30 ваг.% ВОГ.

The composites of polyaniline with reduced graphene oxide (PAni-RGO) are obtained. The structure and physicochemical properties of the composites are studied by means of the methods of elemental analysis, IR and Raman spectroscopy, and electron microscopy. The composites are also tested as electrodes for supercapacitors. As shown, the RGO has high stability during prolonged charge—discharge cycling, but low specific capacitance (≅ 22 F/g), and vice versa, the PAni has a high specific capacitance (800 F/g), but low stability in the charge—discharge cycling. Capacitance and stability of the PAni-RGO composites take intermediate values as compared with their constituents. As revealed, the composition of 70 wt.% PAni and 30 wt.% RGO is the most stable in cycling. The specific capacitance for this composition is found to be 300 F/g.