Russian Journal of Inorganic ChemistryRussian Journal of Inorganic ChemistryЖурнал неорганической химии0044-457X3034-560XThe Russian Academy of Sciences69775310.7868/S3034560X25100053СИНТЕЗ И СВОЙСТВА НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙResearch ArticleSYNTHESIS AND ELECTROCHEMICAL PROPERTIES OF NANOSTRUCTURED ZnCr2O4 MATERIALS BASED ON CARBON FIBER FOR SUPERCAPACITORSСИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ ZnCr2O4 НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА ДЛЯ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВShichalinO. OШичалинО. Оoleg_shich@mail.ruIvanovN. PИвановН. Пoleg_shich@mail.ruMarmazaP. AМармазаП. Аoleg_shich@mail.ruSeroshtanA. IСероштанА. Иoleg_shich@mail.ruPriimakZ. EПриймакЗ. Эoleg_shich@mail.ruSyrtanovM. SСыртановМ. Сoleg_shich@mail.ruPirozhkovA. VПирожковА. Вoleg_shich@mail.ruSimonenkoT. LСимоненкоТ. Лoleg_shich@mail.ruProvatorovaV. VПроватороваВ. Вoleg_shich@mail.ruRinchinovaV. BРинчиноваВ. Бoleg_shich@mail.ruEfremovV. VЕфремовВ. В

a separate division of the Federal State Budgetary Institution of Science of the Federal Research Center “Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences”

обособленное подразделение ФГБУН ФИЦ “Кольский научный центр РАН”

oleg_shich@mail.ruTananaevI. GТананаевИ. Г

a separate division of the Federal State Budgetary Institution of Science of the Federal Research Center “Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences”

обособленное подразделение ФГБУН ФИЦ “Кольский научный центр РАН”

oleg_shich@mail.ruPapynovE. KПапыновЕ. Кoleg_shich@mail.ruSakhalin State UniversityСахалинский государственный университетFar Eastern Federal UniversityДальневосточный федеральный университетNational Research Tomsk Polytechnic UniversityНациональный исследовательский Томский политехнический университетN. S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of SciencesИнститут общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАНInstitute of Industrial Ecology Problems of the NorthИнститут промышленных проблем экологии Севера151020257010VOL 70, NO10 (2025)ТОМ 70, №10 (2025)1269128304122025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0044-457X/article/view/697753

Promising energy storage materials based on ZnCr2O4 spinel, synthesized on carbon fiber matrices, remain insufficiently studied in the context of their application in electrochemical supercapacitors. In the present study, the synthesis of these materials was carried out using direct precipitation methods, sol-gel synthesis, and hydrothermal treatment followed by thermal processing. The main focus was on a comprehensive investigation of the morphology, phase composition, and electrochemical characteristics of the samples. Analysis was conducted using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy. Samples obtained by the sol-gel method with high-temperature treatment in an argon atmosphere demonstrated high phase purity of the spinel, a well-developed porous structure, and maximum specific capacitance. Impedance studies revealed low resistance values, indicating efficient charge transfer. The research results confirm the high potential of ZnCr2O4/carbon materials for the development of efficient and durable next-generation supercapacitors.

Перспективные накопительные материалы на основе шпинели ZnCr2O4, синтезированные на матрицах углеродного волокна, остаются недостаточно изученными в контексте их применения в электрохимических суперконденсаторах. В настоящей работе указанные материалы получены методами прямого осаждения, золь-гель синтеза и гидротермальной обработки с последующей термической обработкой. Основной акцент сделан на комплексном изучении морфологии, фазового состава и электрохимических характеристик образцов. Исследования проводили с помощью рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионного спектрального анализа, циклической вольтамперометрии и электрохимической импедансной спектроскопии. Образцы, полученные золь-гель методом при высокотемпературной обработке в атмосфере аргона, имеют высокую фазовую чистоту шпинели, развитую пористую структуру и максимальную удельную емкость. Импедансные исследования выявили низкие значения сопротивления, что свидетельствует об эффективном переносе заряда. Результаты исследований подтверждают высокую перспективность ZnCr2O4/углеродных материалов для создания эффективных и долговечных суперконденсаторов нового поколения.

ZnCr2O4nanostructured materialscarbon fibersupercapacitorselectrode materialsнаноструктурированные материалыуглеродное волокносуперконденсаторыэлектродные материалыИсследование выполнено в рамках реализации государственного задания Минобрнауки России в сфере научной деятельности по проектам № FEFF-2024-0001 "Синтез перспективных функциональных материалов и моделирование электрохимических устройств для водородной энергетики". Исследование морфологических и микроструктурных характеристик выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ тема FZNS-2023-0003.Ефремов В.В., Корнеев Р.Н., Аксенова С.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2025. Т. 70. С. 181. https://doi.org/10.31857/S0044457X25020059Yargun E., Fei H., Anik U. et al. // Mater. Chem. Phys. 2025. V. 344. P. 131120. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2025.131120Sarkar S., Akshaya R., Ghosh S. et al. // Electrochim. Acta. 2020. V. 332. P. 135368. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135368Kumar R., Lee D., Agbulut U. et al. // J. Therm. Anal. Calorim. 2024. V. 149. P. 1895. https://doi.org/10.1007/s10973-023-12831-9Sriram B., Baby J.N., Hsu Y. et al. // Inorg. Chem. 2021. V. 60. P. 12425. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.1c01678Karuppiah C., Thirumalraj B., Alagar S. et al. // Catalysts. 2021. V. 11. P. 76. https://doi.org/10.3390/catal11010076Sriram B., Baby J.N., Wang S.F. et al. // ACS Appl. Electron. Mater. 2021. V. 3. P. 362. https://doi.org/10.1021/acsaelm.0c00906Kaleeswarran P., Sriram B., Wanget S.F. et al. // Microchem. J. 2020. V. 163. P. 105886. https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.105886Mykhailoyych V., Caruntu G., Graur A. et al. // Micromachines. 2023. V. 14. P. 1. https://doi.org/10.3390/mi14091759Siddique M.N., Ali T., Ahmed A. et al. // Nano-Struct. Nano-Objects. 2018. P. 156. https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2018.06.001Shichalin O.O., Ivanov N.P., Seroshtan A.I. et al. // J. Phys. Chem. Solids. 2025. V. 205. P. 112804. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2025.112804Cherifi K., Rekhila G., Omeiri S. et al. // J. Photochem. Photobiol., A: Chem. 2019. V. 368. P. 290. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.10.003.Boumaza S., Bouguella A., Bouarab R. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2009. V. 34. P. 4963. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.11.059.Abdel-Raoof A.M., Fouad M.M., Rashed N.S. et al. // J. Iran. Chem. Soc. 2023. V. 20. P. 2329. https://doi.org/10.1007/s13738-023-02843-5.Saleem M., Varshney D. // J. Alloys Compd. 2017. V. 708. P. 397. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.03.016Fei T., Ahmad T., Usman M. et al. // Electrochim. Acta. 2023. V. 476. P. 143673. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.143673Garg T., Saleem M., Kaurav N. et al. // Mater. Today Proc. 2023. V. 89. P. 4. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.05.539Sahu Y., Agrawal S. // Ceram. Int. 2025. V. 51. P. 14531. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.01.290Marinkovic Z.V., Roméevic N., Stojanovic B. // J. Eur. Ceram. Soc. 2007. V. 27. P. 903. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2006.04.057Abbasi A., Hamadamian M., Salavati-Niasari M. et al. // J. Colloid Interface Sci. 2017. V. 500. P. 276. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.04.003Naz S., Durrani S.K., Mehmood M. et al. // J. Saudi Chem. Soc. 2016. V. 20. P. 585. https://doi.org/10.1016/j.jscs.2014.12.007Javed M., Khan A.A., Khan M.N. et al. // Mater. Sci. Eng. B. 2021. V. 269. P. 115168. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2021.115168Gingasu D., Mindru I., Patron L. et al. // J. Phys. Chem. Solids. 2013. V. 74. P. 1295. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2013.04.007Song M., Pan X., Wang W. et al. // Chem. Eng. J. 2024. V. 504. P. 159088. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.159088Benright Y., Nasrallah N., Chaabane T. et al. // Opt. Mater. (Amst). 2021. V. 115. P. 111035. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111035