ЭНЕРГИЯ САҚТАУ ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫНА АРНАЛҒАН ШАЙ БИОМАССАСЫНАН АЛЫНҒАН ЭЛЕКТРОДТЫҚ МАТЕРИАЛДЫ МИКРОТОЛҚЫНДЫ ӘДІСПЕН СИНТЕЗДЕУ
https://doi.org/10.52676/1729-7885-2026-2-12-19
Аңдатпа
Бұл мақала энергияны сақтау жүйелеріне арналған көміртекті материалды шай қалдықтарынан алу және оның қасиеттерін зерттеуге бағытталған. Синтез процесі микротолқынды көміртектендіру әдісімен және CO2 ортасында физикалық белсендірумен жүзеге асырылды. Үлгілердің морфологиялық және құрылымдық сипаттамалары сканерлеуші электрондық микроскопия, рентгенфазалық талдау және Раман спектроскопиясы әдістерімен анықталды. Синтезделген белсендірілген көміртек құрылымының жоғары кеуектілігі және жақсы электрөткізгіштік қасиеттеріменерекшеленді. Рентгенфазалық талдаунәтижесінде (002) және (100) дифракциялық пиктері байқалды. Бұл алынған көміртекті материалдың графит тәрізді құрылым түзуге бейімділігін көрсетеді. Раман спектрінде байқалған D (≈1350 см⁻¹) және G (≈1580 см⁻¹) пиктері көміртек құрылымындағы ақаулар мен графиттік домендердің бар екенін көрсетті. ID /IG =0.73, бұл материалдың орташа реттелген құрылымға ие екенін білдіреді. Шай қалдығынан алынған белсендірілген көміртегінің электрохимиялық қасиеттерін талдау циклдік вольтамперометрия, гальваностатикалық заряд-разряд және импеданстық спектроскопия арқылы жүргізілді. Зерттеу нәтижелері бойынша, 500 мА/г ток тығыздығында көміртегінің меншікті сыйымдылығы 116 Ф/г-қа дейін артты. Алынған нәтижелер суперконденсаторларға арналған көміртекті материалдарды әзірлеудің болашағы зор екенін және олардың энергия сақтау құрылғыларында тиімділікті арттыруға мүмкіндік беретінін айқындайды.
Тірек сөздер
шай қалдықтары,
көміртектендіру,
физикалық белсендіру,
микротолқын,
энергия сақтау құрылғылары,
суперконденсатор.
Қолдауымен: Бұл жұмыс Қазақстан Республикасы Ғылым және жоғары білім министрлігінің BR28712901 ғылыми зерттеулерді гранттық қаржыландыру бағдарламасы арқылы қолдау тапты.
Авторлар туралы
Ә. Н. Дүйсенбек
Қ. И. Сәтбаев атындағы ҚазҰТЗУ;
Қазақ-Британ техникалық университеті;
Жану проблемалары институты
Қазақстан
Қазақстан
Әсел Нұрғалиқызы Дүйсенбек
Алматы
Р. Е. Бейсенов
Қазақ-Британ техникалық университеті;
Жану проблемалары институты
Қазақстан
Қазақстан
Ренат Елемесович Бейсенов
Алматы
Қ. Асқарұлы
Қ. И. Сәтбаев атындағы ҚазҰТЗУ;
Жану проблемалары институты
Қазақстан
Қазақстан
Қыдыр Асқарұлы
Алматы
Е. Бейсенова
Қ. И. Сәтбаев атындағы ҚазҰТЗУ;
Жану проблемалары институты
Қазақстан
Қазақстан
Еркежан Бейсенова
Алматы
Әдебиет тізімі
1. H.A. Behabtu, M. Messagie, T. Coosemans, M. Berecibar, K. Anlay Fante, A.A. Kebede, J.V. Mierlo, A Review of Energy Storage Technologies’ Application Potentials in Renewable Energy Sources Grid Integration, Sustainability 12 (2020) 10511. https://doi.org/10.3390/su122410511.
2. J. Mitali, S. Dhinakaran, A.A. Mohamad, Energy storage systems: a review, Energy Storage Sav. 1 (2022) 166–216. https://doi.org/10.1016/j.enss.2022.07.002.
3. M.R. Sarker, M.H.M. Saad, A. Riaz, M.S.H. Lipu, J.L. Olazagoitia, Micro Energy Storage Systems in Energy Harvesting Applications: Analytical Evaluation towards Future Research Improvement, Micromachines 13 (2022) 512. https://doi.org/10.3390/mi13040512.
4. J. Castro-Gutiérrez, A. Celzard, V. Fierro, Energy Storage in Supercapacitors: Focus on Tannin-Derived Carbon Electrodes, Front. Mater. 7 (2020) 217. https://doi.org/10.3389/fmats.2020.00217.
5. u V.M.G. Ch, Review of battery-supercapacitor hybrid energy storage systems for electric vehicles, (2024).
6. D. Deng, Li‐ion batteries: basics, progress, and challenges, Energy Sci. Eng. 3 (2015) 385–418. https://doi.org/10.1002/ese3.95.
7. C.V.M. Gopi, R. Ramesh, Review of battery-supercapacitor hybrid energy storage systems for electric vehicles, Results Eng. 24 (2024) 103598. https://doi.org/10.1016/j. rineng.2024.103598.
8. M.T. Lawder, B. Suthar, P.W.C. Northrop, S. De, C.M. Hoff, O. Leitermann, M.L. Crow, S. Santhanagopalan, V.R. Subramanian, Battery Energy Storage System (BESS) and Battery Management System (BMS) for GridScale Applications, Proc. IEEE 102 (2014) 1014–1030. https://doi.org/10.1109/JPROC.2014.2317451.
9. I. T.M.W.J. Bandara, A.M.B.S. Alahakoon, B.-E. Mellander, Albinsson, Activated carbon synthesized from Jack wood biochar for high performing biomass derived composite double layer supercapacitors, Carbon Trends 15 (2024) 100359. https://doi.org/10.1016/j.cartre.2024.100359.
10. Y. Dou, X. Liu, K. Yu, X. Wang, W. Liu, J. Liang, C. Liang, Biomass porous carbon derived from jute fiber as anode materials for lithium-ion batteries, Diam. Relat. Mater. 98 (2019) 107514. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2019.107514.
11. G. Greco, R.L.S. Canevesi, C. Di Stasi, A. Celzard, V. Fierro, J.J. Manyà, Biomass-derived carbons physically activated in one or two steps for CH4/CO2 separation, Renew. Energy 191 (2022) 122–133. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.04.035.
12. X. Liu, C. Ma, J. Li, B. Zielinska, R.J. Kalenczuk, X. Chen, P.K. Chu, T. Tang, E. Mijowska, Biomass-derived robust three-dimensional porous carbon for high volumetric performance supercapacitors, J. Power Sources 412 (2019) 1–9. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.11.032.
13. M. Selvam S, B. Paramasivan, Microwave assisted carbonization and activation of biochar for energy-environment nexus: A review, Chemosphere 286 (2022) 131631. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131631.
14. P.N.Y. Yek, R.K. Liew, M.S. Osman, C.L. Lee, J.H. Chuah, Y.-K. Park, S.S. Lam, Microwave steam activation, an innovative pyrolysis approach to convert waste palm shell into highly microporous activated carbon, J. Environ. Manage. 236 (2019) 245–253. https://doi.org/10.1016/j. jenvman.2019.01.010.
15. R. Hoseinzadeh Hesas, A. Arami-Niya, W.M.A. Wan Daud, J.N. Sahu, Preparation and Characterization of Activated Carbon from Apple Waste by Microwave-Assisted Phosphoric Acid Activation: Application in Methylene Blue Adsorption, BioResources 8 (2013) 2950–2966. https://doi.org/10.15376/biores.8.2.2950-2966.
16. X. Bo, K. Xiang, Y. Zhang, Y. Shen, S. Chen, Y. Wang, M. Xie, X. Guo, Microwave-assisted conversion of biomass wastes to pseudocapacitive mesoporous carbon for high-performance supercapacitor, J. Energy Chem. 39 (2019) 1–7. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2019.01.006.
17. Y. Cheng, M. Chen, K. Xia, H. Li, G. Xu, L. Yang, Z. Zhao, P. Liu, L. Wang, Rapid conversion of biomass to hierarchical porous carbons via one-step microwave carbonization/ activation for long cycle-stable supercapacitor and zinc-ion capacitor, J. Power Sources 624 (2024) 235523. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.235523.
18. R. Jiménez-Pérez, M.I. González-Sánchez, A. GomisBerenguer, J. Iniesta, E. Valero, Enhanced surface properties and electrochemical performance of carbon-based screen-printed electrodes via hydrogen peroxide activation, Electrochimica Acta 536 (2025) 146721. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2025.146721.
19. M.K. Nayak, B.B. Sahoo, D.N. Thatoi, S. Nazari, R. Ali, A.J. Chamkha, Recent advances on supercapacitor electrode materials from biowastesa review, J. Sci. Adv. Mater. Devices 9 (2024) 100734. https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2024.100734.
20. Ö. Gerçel, H.F. Gerçel, Preparation and Characterization of Activated Carbon from Vegetable Waste by MicrowaveAssisted and Conventional Heating Methods, Arab. J. Sci. Eng. 41 (2016) 2385–2392. https://doi.org/10.1007/s13369-015-1859-7.
21. A. Ahmad, M.A. Gondal, M. Hassan, R. Iqbal, S. Ullah, A.S. Alzahrani, W.A. Memon, F. Mabood, S. Melhi, Preparation and Characterization of Physically Activated Carbon and Its Energetic Application for All-Solid-State Supercapacitors: A Case Study, ACS Omega 8 (2023) 21653–21663. https://doi.org/10.1021/acsomega.3c01065.
22. A. Taurbekov, A. Abdisattar, M. Atamanov, M. Yeleuov, C. Daulbayev, K. Askaruly, B. Kaidar, Z. Mansurov, J. Castro-Gutierrez, A. Celzard, V. Fierro, T. Atamanova, Biomass Derived High Porous Carbon via CO Activation for Supercapacitor Electrodes, J. Compos. Sci. 7 (2023) 444. https://doi.org/10.3390/jcs7100444.
23. R. Farma, Y. Tania, I. Apriyani, Conversion of hazelnut seed shell biomass into porous activated carbon with KOH and CO2 activation for supercapacitors, Mater. Today Proc. 87 (2023) 51–56. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.02.099.
Рецензия
Дәйектеу үшін:
Дүйсенбек Ә.Н., Бейсенов Р.Е., Асқарұлы Қ., Бейсенова Е. ЭНЕРГИЯ САҚТАУ ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫНА АРНАЛҒАН ШАЙ БИОМАССАСЫНАН АЛЫНҒАН ЭЛЕКТРОДТЫҚ МАТЕРИАЛДЫ МИКРОТОЛҚЫНДЫ ӘДІСПЕН СИНТЕЗДЕУ. ҚР ҰЯО жаршысы. 2026;(2):12-19. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2026-2-12-19
For citation:
Duisenbek A.N., Beissenov R.E., Askaruly K., Beissenova E.E. MICROWAVE SYNTHESIS OF ELECTRODE MATERIAL FROM TEA BIOMASS FOR ENERGY STORAGE SYSTEMS. NNC RK Bulletin. 2026;(2):12-19. (In Kazakh) https://doi.org/10.52676/1729-7885-2026-2-12-19
Қараулар:
19
JATS XML
Мақаланы эл. пошта арқылы жіберу 