Углеродные материалы для электрохимических накопителей энергии. Исследования структуры методом рентгенофазового анализа

Рассматриваются рентгенограммы углеродных материалов, перспективных для использования в качестве компонентов электродов электрохимических накопителей энергии, таких как суперконденсаторы, литий-ионные и постлитий-ионные аккумуляторы: графитов, графенов, углеродных нановолокон, нанотрубок и саж. На основании рентгенограмм рассчитаны следующие характеристики углеродов: межплоскостное расстояние, размеры кристаллитов, количество ароматических слоев и атомов углерода в кристаллитах, содержание аморфной фазы и кристаллографическая плотность. В изученных графитах доля аморфной фазы варьирует в диапазоне 0,5-10%, межплоскостное расстояние составляет 3,35 А. Доля аморфной фазы в углеродных нановолокнах составляет 10-15%, а межплоскостное расстояние - 3,40 А. Для изученных углеродных нанотрубок межплоскостное расстояние составило 3,45-3,48 А, а доля аморфной фазы 40-60%. Межплоскостное расстояние в сажах варьирует в диапазоне 3,5-3,7 А, а доля аморфной фазы достигает 70%. В структуре всех изученных углеродных материалов присутствуют высоко кристаллические и низко кристаллические фазы, а также аморфная фаза. На рентгенограммах нановолокон, нанотрубок и саж наблюдаются смещение и уширение полос (002) по сравнению с графитом. Такое смещение свидетельствует об увеличении дефектности кристаллической решетки. Расчетная кристаллографическая плотность изученных образцов аллотропных форм углеродов составляет для графитов 2,28 г/см3, углеродных нановолокон - 2,22 г/см3, углеродных нанотрубок - 2,19-2,20 г/см3, саж - 1,96-2,20 г/см3. Таким образом, на основании выполненных исследований можно заключить, что наименьшее количество аморфной фазы наблюдается у графитов, а наибольшее - у саж. Графиты обладают наименьшим межплоскостным расстоянием, а сажи - наибольшим. Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ключевые слова

Авторы

Ссылки