سنتز کامپوزیت نیکل کبالت و اکسید گرافن احیا شده برای استفاده به‌عنوان ماده الکترودی با عملکرد ابرخازنی زیاد

الموضوعات :

سیدعلی حسینی مرادی ¹

1 - افسریه قصرفیروزه ۲ بلوک۴ طبقه ۴ واحد۳

تاريخ الإرسال : 05 الأحد , محرم, 1445 تاريخ التأكيد : 19 الأحد , جمادى الأولى, 1445 تاريخ الإصدار : 01 الأربعاء , رجب, 1446

الکلمات المفتاحية: خازن‌های الکتروشیمیایی , صفحات یکنواخت, سونوشیمی, اکسید گرافن احیا شده,

ملخص المقالة :

خازن­های الکتروشیمیایی به دلیل داشتن دانسیته توان بالا، سیکل­پذیری زیاد و دانسیته انرژی مطلوب در سال­های اخیر برای استفاده در سیستم­های ذخیره و انتقال انرژی مورد توجه قرار گرفته­اند. اکسیدهای فلزی دوتایی به دلیل داشتن خواص مورفولوژیکی مطلوب و عملکرد ابرخازنی بهتر، مورد توجه محققان قرار برای ساخت الکترود قرار گرفته­اند. استفاده از ماده الکترودی ارزان قیمت و در دسترس کلید توسعه ابرخازن در مقیاس­های صنعتی و تجاری است. اکسید­های نیکل، کبالت به همراه اکسید گرافن احیا شده یافته علاوه بر اینکه ارزان و در دسترس هستند، دارای ظرفیت ویژه تئوری بالایی هستند. استفاده از این دو در کنار هم می­تواند باعث دستیابی به یک مورفولوژی با سایت­های فعال الکتروشیمیایی زیاد شود ترکیب ابرخازن­های اکسیدی با نانو ترکیبات کربنی تأثیر زیادی در خواص الکتروشیمیایی آن خواهد داشت. در این پژوهش ماده الکترودی (NiCo₂O₄/NiO/RGO) با استفاده از روش سونوشیمی سنتز شد سپس با الکترود RGO از نظر عملکرد ابرخازنی مورد مقایسه قرار گرفتند. سنتز نانوذرات با نسبت 1 به 5 از نانوذره و گرافن اکساید مخلوط شدند. گستره اندازه نانوذرات در این نانوکامپوزیت از 30 تا 60 نانو است. آزمون‌های مشخصه­یابی XRD، FT-IR و SEM جهت تعیین خواص کریستالوگرافیکی و مورفولوژیکی مورد استفاده قرار گرفتند. اندازه نانو ذرات آزمون‌های مشخصه­یابی نشان دادند که ماده الکترودی NiCo₂O₄/NiO/RGO با مورفولوژی یکنواخت به دست آمدند. آزمون‌های الکتروشیمیایی CV، GCD و EIS برای دو الکترود NiCo₂O₄/NiO/RGO و RGO انجام شد. نتایج نشان داد که افزودن NiCo₂O₄/NiO به RGO باعث عملکرد عالی ابرخازنی با ظرفیت ویژه خازنی F/g 400 در دانسیته جریان A/g 1 است. این عملکرد مربوط به اثر هم­افزایی اکسید­های نیکل کبالت با RGO می­باشد که تخلخل و سایت­های فعال لازم جهت انجام واکنش انتقال بار را فراهم می­کنند. 

المصادر:


[1] N. Bose, V.Sundararajan, T. Prasankumar & S. P. Jose, "α–MnO2 coated anion intercalated carbon nanowires: A high rate capability electrode material for supercapacitors", Materials Letters, vol. 278, p. 128457, 2020.

[2] J. Yan, T. Wei, W. Qiao, B. Shao, Q. Zhao, L. Zhang & Zh. Fan, "Rapid microwave-assisted synthesis of graphene nanosheet/Co3O4 composite for supercapacitors", Electrochimica Acta, vol. 55, no. 23, pp. 6973-6978, 2010.

[3] W. Tong, Y. Wang, Y. Bian, A. Wang, N. Han & Y. Chen, "Sensitive cross-linked SnO2: NiO networks for MEMS compatible ethanol gas sensors", Nanoscale Research Letters, vol. 15, no. 1, pp. 1-12, 2020.

[4] R. Kumar, P. Rai & A. Sharma, "3D urchin-shaped Ni3 (VO4)2 hollow nanospheres for high-performance asymmetric supercapacitor applications," Journal of Materials Chemistry A, vol. 4, no. 25, pp. 9822-9831, 2016.

[5] M. Isacfranklin, R. Yuvakkumar, G. Ravi, M. Pannipara, A. G. Al-Sehemi & D. Velauthapillai, CuCoO2 electrodes for supercapacitor applications. Materials Letters, vol. 296, p. 129930, 2021.

[6] M. Jayachandran, S. K. Babu, T. Maiyalagan & N. Rajadurai, "Activated carbon derived from bamboo-leaf with effect of various aqueous electrolytes as electrode material for supercapacitor applications", Materials letters, vol. 301, p. 130335, 2021.

[7] D. P. Dubal & P. Gomez-Romero, "Metal oxides in supercapacitors", 2017, Elsevier.

[8] A. Muzaffar, M. Basheer Ahamed, K. Deshmukh & J. Thirumalai, "A review on recent advances in hybrid supercapacitors: Design, fabrication and applications", Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 101. pp. 123-145, 2019.

[9] Y. Y. Huang & L. Y. Lin, "Synthesis of ternary metal oxides for battery-supercapacitor hybrid devices: influences of metal species on redox reaction and electrical conductivity", ACS Applied Energy Materials, vol. 1, no. 6, pp. 2979-2990, 2018.

[10] M. AmirZade, "Synthesis of Mn2V2O7 hollow microsphere as a high performance electrode material for supercapacitors," Iranian Journal of Ceramic Science & Engineering, vol. 11, no. 4, pp. 35-45, 2023.

[11] G. K. Veerasubramani, A. Chandrasekhar, M. S. P. Sudhakaran & Y. S. Muk, "Liquid electrolyte mediated flexible pouch-type hybrid supercapacitor based on binderless core–shell nanostructures assembled with honeycomb-like porous carbon", Journal of Materials Chemistry A, vol. 5, no. 22, pp. 11100-11113, 2017.

[12] G. Nagaraju, S. Ch. Sekhar, G. S. R. Raju, L. K. Bharat & J. S. Yu, "Designed construction of yolk–shell structured trimanganese tetraoxide nanospheres via polar solvent-assisted etching and biomass-derived activated porous carbon materials for high-performance asymmetric supercapacitors", Journal of Materials Chemistry A, vol. 5, no. 30, pp. 15808-15821, 2017.

[13] Wang, F., Sh. Xiao, Y. Hou, Ch. Hu, L. Liua & Y. Wu, "Electrode materials for aqueous asymmetric supercapacitors", Rsc Advances, vol. 3, no. 32, pp. 13059-13084, 2013.

[14] X. Zhao, Q. Liu, Q. Li, L. Chen, L. Mao, H. Wang & Sh. Chen, "Two-dimensional electrocatalysts for alcohol oxidation: A critical review", Chemical Engineering Journal, vol. 400, p. 125744, 2020.

[15] A. González, E. Goikolea, J. Andoni Barrena, R. Mysyk, "Review on supercapacitors: Technologies and materials", Renewable and sustainable energy reviews, vol. 58, pp. 1189-1206, 2016.

[16] S. Sharifi, Sh. Behzadi, S. Laurent, M. L. Forrest, P. Stroevee & M. Mahmoudi, "Toxicity of nanomaterials", Chemical Society Reviews, vol. 41, no. 6, pp. 2323-2343, 2012.

[17] V. S. Kumbhar, A. D. Jagadale, N. M. Shinde & C.D. Lokhande, "Chemical synthesis of spinel cobalt ferrite (CoFe2O4) nano-flakes for supercapacitor application", Applied Surface Science, vol. 259, pp. 39-43, 2012.

[18] G. Rothenberger, J. Moser, M. Graetzel, N. Serpone & D. K. Sharma, "Charge carrier trapping and recombination dynamics in small semiconductor particles", Journal of the American Chemical Society, vol. 107, no. 26, pp. 8054-8059, 1985.

[19] س. ع. حسینی مرادی، م. امیرزاده و ن. قبادی، "ساخت الکترودهای ابرخازنیِ نیکل منگنز اکسید (NiMnO3) نانوصفحه‌ای با استفاده از روش سنتز هیدروترمال"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 17، شماره 2، پیاپی 65، صفحه 25-33، 1402.

[20] Y. Sun, X. Du, J. Zhang, N. Huang, L. Yang & X. Sun"Microwave-assisted preparation and improvement mechanism of carbon nanotube@ NiMn2O4 core-shell nanocomposite for high performance asymmetric supercapacitors", Journal of Power Sources, vol. 473, p. 228609, 2020.

[21] M. Jing, Ch. Wang, H. Hou, Zh. Wu, Y. Zhu, Y. Yang, X. Jia, Y. Zhang & X. Ji, "Ultrafine nickel oxide quantum dots enbedded with few-layer exfoliative graphene for an asymmetric supercapacitor: Enhanced capacitances by alternating voltage", Journal of Power Sources, vol. 298, pp. 241-248, 2015.

[22] A. Laforgue, P. Simon, J. F. Fauvarque, J. F. Sarrau & P. Lailler, "Hybrid supercapacitors based on activated carbons and conducting polymers", Journal of the Electrochemical Society, vol. 148, no. 10, p. A1130, 2001.

[23] X. Zhang, B. Shao, A. Guo & Z. Gao, "Improved electrochemical performance of CoOx-NiO/Ti3C2Tx MXene nanocomposites by atomic layer deposition towards high capacitance supercapacitors", Journal of Alloys and Compounds, vol. 862, p. 158546, 2021.

[24] W. Ren, D. Guo, M. Zhuo, B. Guan, D. Zhangc & Q. Li, "NiMoO4@Co(OH)2 core/shell structure nanowire arrays supported on Ni foam for high-performance supercapacitors", RSC Advances, vol. 5, no. 28, pp. 21881-21887, 2015.