Carbon materials for electrochemical energy conversion and environment protection

• Autorzy: Skowroński J. M.

Warianty tytułu

PL

Materiały węglowe do zastosowania w konwersji energii i ochronie środowiska

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the presented review, the preparation of selected carbon materials and their structural and physicochemical modi fications are concerned from the point of view of the application for electrochemical conversion and storage of electrical energy in lithium-ion cells. The catalyzed re-graphitization of exfoliated graphite (EG) in the process of thermal decomposition of graphite intercalation compound with Cr0₃ followed by heat treatment in hydrogen stream is shown as an effective method resulting in structurallyimproved exfoliated graphite providing increased discharge capacity. The catalytic method is also shown to be successive way allowing transforming a glass-like carbon into graphitic material at ambient pressure at a relatively low temperature of 1000°C. As a consequence, the reversible capacity of the graphite-turbostratic carbon alloy is over five times higher as compared to that of the starting glass-like carbon. A new electrode material based on exfoliated graphite is also shown as anode material useful for electrochemical removal of phenol from waste water. A very important feature of this material is that the electrochemical activity of exhausted anode material can be considerably improved due to thermal treatment. After regeneration process the EG activity is around three times higher than that of the original EG anode.

PL

Artykuł zawiera przeglądową analizę metod wytwarzania oraz modyfikacji wybranych materiałów węglowych z punktu widzenia ich zastosowania w akumulatorach litowo-jonowych. Przedstawiono wyniki pokazujące, że katalizowany proces wtórnej grafityzacji cks folio wan ego grafitu (EG) na drodze termicznego rozkładu interkalacyjnego związku grafitu 7, trójtlenkiem chromu (Cr0₃-IZG) oraz wtórnej obróbki termicznej w atmosferze wodoru w temperaturze 1000°C prowadzi do wytworzenia eksfoliowanego grafitu o polepszonych właściwościach strukturalnych, a dzięki temu zwiększonej pojemności wyładowania. Omówiono również katalityczną metodę w zapewniającą przemianę węgla szkłopodobnego w stop zawierający grafit i węgiel turbostratyczny w temperaturze 1000°C pod ciśnieniem otoczenia. W konsekwencji pojemność wyładowania anody wykonanej z tego stopu jest ponad 5-krotnie wyższa w porównaniu z węglem wyjściowym. Prezentując nowe zastosowanie eksfoliowanego grafitu jako elektrody w procesie cyklicznego elektrochemicznego utleniania fenolu zawartego w roztworze alkalicznym, zwrócono uwagę na opracowaną metodą termicznej regeneracji zużytego materiału, dzięki której aktywność regenerowanego materiału może być nawet 3-krotnie wyższa w porównaniu z pierwotnie użytym materiałem elektrodowym.

Słowa kluczowe

EN

graphite; exfoliated graphite; glass-like carbon; energy conversion; lithium-ion cell; environmental protection; phenol electrooxidation

PL

grafit eksfoliowany; węgiel szkłopodobny; konwersja energii; ogniwo litowo-jonowe; ochrona środowiska; elektroutlenianie fenolu

• Wydawca: Wydawnictwo Górnicze Sp. z o.o.
• Czasopismo: Karbo
• Rocznik: 2005
• Tom: Nr 4
• Strony: 228--232
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

Skowroński J. M.

• Instytut Chemii i Elektrochemii Technicznej, Politechnika Poznańska, ul Piotrowo 3, 60-965 Poznań,

Bibliografia

• 1. Skowroński J. M, „Handbook of Conductive Molecules and Polymers”. (Ed. S. H. Nalwa), vol. 1, Wiley and Sons, Chichester, 1997.
• 2. Skowroński J. M., Exfoliation of the graphite-CrO3 intercalation compounds in hydrogen peroxide solutions. J. Mater. Sci., 1988, vol. 23, p. 2243.
• 3. Skowroński J. M., Ekspandowane grafity oraz związki interkalacyjne grafitu. Metody otrzymywania oraz właściwości fizykochemiczne. TECHEM-1, Wyd. Politechniki Szczecińskiej, 1995, p. 505.
• 4. Bourelle E., Claude-Montigny B., Metrot A., Electrochemical exfoliation of HOPG in formic-sulfuric acid mixtures. Mol. Cryst. Liq. Cryst, 1998, vol. 310, p. 321.
• 5. Anderson S.H., Chung D. D. L., Exfoliation of intercalated graphite. Carbon, 1984, vol. 22, p. 253.
• 6. Dahn J. R., Zheng T., Liu Y., Yue J. S., Mechanisms for lithium insertion in carbonaceous materials. Science, 1995, vol. 270, p. 590.
• 7. Kasuh T., Mabuchi A., Tokumitsu K., Fujimoto H., Recent trends in carbon negative electrode materials. J. Power Sources, 1999, vol. 68, p. 99.
• 8. Yazami R., Surface chemistry and lithium storage capability of the graphite-lithium electrode. Electrochim. Acta, 1999, vol. 45, p. 87.
• 9. Fakuda K., Kikuya K., Isono K.,Yoshio M., Foliated natural graphite as the anode material for rechargeable lithium-ion cells. J. Power Sources, 1997, vol. 69, p. 165.
• 10. Skowroński J.M., Walkowiak M., Exfoliation of CrO3-GIC as a route to novel graphite composite. Karbo, 2001, nr 11, p. 400.
• 11. Skowroński J.M., Walkowiak M., Lithium intercalation into CrO3-GIC and its derivatives. J. Solid State Electrochem., 2003, nr 8, p. 23.
• 12. Imanishi N., Takeda Y., Yamamoto O., Development in the carbon anode in lithium ion batteries, in „Lithium ion batteries", Wakihara M, Yamamoto O, (Eds.), Kodansha, Tokyo, Wiley-VCH, Weinheim,1998, p. 98.
• 13. Skowroński J. M., Knofczyński K., Yamada Y., Mechanism of lithium insertion in hollow carbon fibers based anode. Solid State Ionics, 2003,vol. 157, p. 133.
• 14. Skowroński J. M., Knofczyński K., Błażewicz S., Reversible insertion of lithium ions into carbon/carbon nanocomposite. Synth. Metals, 2003, vol. 135-136, p. 733.
• 15. Skowroński J. M, Knofczyński K., New anode material for lithium-ion cells produced by catalytic graphitization of glassy carbon at 1000°C. J. New Mater. Electrochem. Systems, in press.
• 16. Gottrell M., Kirk D. W., A study of electrode passivation during aqueous phenol electrolysis. J. Electrochem. Soc., 1993, vol. 140, p. 903.
• 17. Kuramitz H., Nakata Y., Kawasaki., Tanaka S., Electrochemical oxidation of bisphenol A. Application to the removal of bisphenol A using a carbon fiber electrode. Chemosphere, 2001, vol. 45, p. 37.
• 18. Ureta-Zanartu M. S., Bustos P., Berrios C., Diez M. C., Mora M. L., Gutièrrez C., Electrooxidation of 2,4-dichlorophenol and other polychlorinated phenols at glassy carbon electrode. Electrochim. Acta, 2002, vol. 47, p. 2399.
• 19. Skowroński J. M., Krawczyk P., Electrooxidation of phenol at exfoliated graphite electrode in alkaline solution. J. Solid State Electrochem., 2004, nr 8, p. 442.