Углеродные матрицы, допированные Sr, для использования в качестве электродов в радиоизотопных источниках электрической энергии

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью создания новых безопасных источников энергии, способных удовлетворить нужды производства и медицины там, где применение традиционных источников энергии невозможно или нерентабельно. К числу таких источников могут быть отнесены радиоизотопные источники питания, в которых выработка энергии обеспечивается за счет естественного распада радионуклидов. Важнейшими составляющими источников тока типа суперконденсаторов являются электродные материалы, характеристики которых определяют электрофизические показатели радиоизотопных источников. В данной работе предложен способ синтеза углеродной матрицы, допированной Sr, для использования в качестве электродов радиоизотопных источников питания. Цель: разработка, освоение и оптимизация метода синтеза электродов радиоизотопных источников питания на основе углеродных материалов, допированных радиоизотопом Sr-90. Объекты: углеродный материал, допированный имитатором радиоизотопа Sr-90 (Sr стабильный). Углеродные матрицы получены карбонизацией резорцин-формальдегидной смолы, допированной солью стабильного стронция. Методы: сканирующая электронная микроскопия, низкотемпературная адсорбция-десорбция азота, циклическая вольтамперометрия, гальваностатический заряд-разряд, импедансная микроскопия. Результаты. Проведен синтез углеродной матрицы, допированной стабильным изотопом стронция, методом полукарбонизации с последующей физической активацией углекислым газом. Исследованы структура, пористость и электрохимические характеристики материала. Установлено, что физическая активация положительно сказывается на развитии удельной площади поверхности и мезопористости образцов синтезированной матрицы, вследствие чего улучшаются ее электрохимические характеристики. Метод физической активации предложен в качестве наиболее предпочтительного для синтеза углеродной матрицы, допированной изотопами стронция, для применения в качестве электродов радиоизотопных источников питания

Relevance. The necessity to create new safe energy sources that can meet the needs of production and medicine where the use of traditional energy sources is impossible or unprofitable. Such sources may include radioisotope powersources, in which energy production is ensured by the natural decay of radionuclides. The most important components of current sources such as supercapacitors are electrode materials, the characteristics of which determine the electrophysical characteristics of radioisotope sources. This work proposes a method for synthesizing a carbon matrix doped with Sr for use as electrodes of radioisotope power sources. Aim. Development, mastery and optimization of a method for synthesizing electrodes of radioisotope power sources based on carbon materials doped with the Sr-90 radioisotope. Objects. Carbon material doped with a radioisotope simulant Sr-90 (Sr stable). Carbon matrices were obtained by carbonizing a resorcinol-formaldehyde resin doped with a stable strontium salt. Methods. Scanning electron microscopy, low-temperature adsorption-desorption of nitrogen, cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, impedance microscopy. Results. A carbon matrix doped with a stable strontium isotope was synthesized by the method of semi-carbonization followed by physical activation with carbon dioxide. The structure, porosity and electrochemical characteristics of the material were studied. It was established that physical activation has a positive effect on the development of the specific surface area and mesoporosity of the samples of the synthesized matrix, as a result of which its electrochemical characteristics are improved. The method of physical activation is proposed as the most preferable for the synthesis of a carbon matrix doped with strontium isotopes for use as electrodes of radioisotope power supplies