NiCo2S4 @ NiMoO4 Гетероструктура ядро-оболочка Матрицы нанотрубок, выращенные на пене никеля в качестве электрода без связующего, продемонстрировали высокие электрохимические характеристики при большой емкости

Аннотация

Система со структурой ядро-оболочка зарекомендовала себя как одна из лучших архитектур для продуктов экологически чистой энергии благодаря своим унаследованным преимуществам как сердцевины, так и оболочки, которые могут обеспечить лучшую проводимость и большую площадь поверхности. Здесь иерархическое ядро-оболочка NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ массив гетероструктурных нанотрубок на пене Ni (NF) (NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF) был успешно изготовлен. Благодаря новой гетероструктуре емкостные характеристики были улучшены. Удельная емкость до 2006 Ф г ^-1 было получено при плотности тока 5 мА · см ^-2 , который был намного выше, чем у чистого NiCo ₂ S ₄ массивы нанотрубок (около 1264 Ф г ^-1 ). Что еще более важно, NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF и активированный уголь (AC) были собраны как положительный электрод и отрицательный электрод в асимметричном суперконденсаторе. NiCo в заводском исполнении ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF // Устройство переменного тока имеет хорошие циклические характеристики с сохранением емкости 78% в течение 2000 циклов и демонстрирует высокую плотность энергии 21,4 Вт · ч · кг ^-1 и удельной мощности 58 Вт кг ^-1 при 2 мА см ^-2 . Как показано, NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF гертероструктура ядро-оболочка имеет большие перспективы для суперконденсаторов в накопителях энергии.

Фон

Постоянно растущее потребление энергии побудило исследовать высокоэффективные чистые возобновляемые источники энергии [1,2,3,4,5,6]. Суперконденсаторы, считающиеся многообещающими надежными устройствами для хранения энергии, демонстрируют отличную удельную мощность, свойства быстрой зарядки / разрядки, стабильность при длительных циклах и экологичность, что привлекло большое внимание исследователей [7, 8]. В настоящее время в суперконденсаторах используются углеродные материалы с большой площадью поверхности для хранения заряда исключительно за счет электростатической природы (двойные электрические слои нефарадеевского происхождения) [9], включая углеродные нанотрубки, графен и активированный уголь. Используя окислительно-восстановительные реакции Фарадея, оксиды переходных металлов, сульфиды металлов или проводящие полимеры в качестве материалов электродов псевдоконденсатора демонстрируют более высокие удельные емкости, чем материалы углеродных электродов [2, 10]. Оксиды переходных металлов имеют ряд преимуществ по сравнению с другими псевдоемкостными материалами, так как обладают низкой токсичностью, низкой стоимостью и естественным распространением [11]. Среди этих оксидов переходных металлов, изученных до сих пор, тройные оксиды металлов, такие как NiCo ₂ О ₄ [12], CuCo ₂ О ₄ [13], NiMoO ₄ [14], CoMoO ₄ [15] и так далее, могут обеспечить гораздо более высокую электропроводность и более богатые электрохимические активные центры, чем их отдельные компоненты, и они были широко изучены в области электрохимической энергии [12,13,14,15]. Хотя в области электродов из тройных оксидов металлов был достигнут большой прогресс в улучшении их электрохимических характеристик, эти электродные материалы по-прежнему страдают от недостаточной проводимости, медленных скоростей диффузии ионов и серьезных изменений объема во время электрохимической процедуры, что ограничивает их дальнейшее применение для улучшения характеристик электрода. суперконденсаторы [16, 17]. Таким образом, жизненно важно изучить новые высокоэффективные электродные материалы, чтобы удовлетворить растущую потребность в электрохимических накопителях энергии.

В последнее время были предприняты многочисленные попытки разработать сульфиды переходных металлов, включая CoS [18], NiS [19], CuS [20], Co ₉ S ₈ [21], и NiCo ₂ S ₄ [22] в качестве электродных материалов суперконденсатора из-за хорошей электропроводности по сравнению с соответствующими оксидами металлов [5]. Более того, тройные сульфиды также могут обладать более высокой проводимостью и предлагать более богатые окислительно-восстановительные реакции, чем эти простые бинарные сульфиды, благодаря комбинированному вкладу от обоих ионов металлов [23, 24]. И NiCo ₂ S ₄ как электрод имеет отличные электрохимические характеристики в энергетических устройствах [23,24,25]. Однако многие предыдущие отчеты по-прежнему демонстрируют, что большая часть NiCo ₂ S ₄ электроды не могли удовлетворить требованиям высокой емкости [26]. Для решения этой проблемы одним из возможных решений является разработка и синтез сульфидов металлов различной морфологии с большой электрохимической активной поверхностью для улучшения электрохимических свойств. В частности, наномассивы гетероструктур ядро-оболочка демонстрируют эффективный подход к улучшению электрохимического поведения, поскольку они могут обеспечить множество преимуществ, таких как увеличенная площадь поверхности, повышенная проводимость и синергетические эффекты, создаваемые материалами ядра и оболочки [27]. / P>

Недавно были изготовлены различные конфигурации гибридных структур ядро-оболочка, такие как NiCo ₂ S ₄ @Ni (OH) ₂ [28], NiCo ₂ S ₄ @Co (OH) ₂ [29], NiCo ₂ О ₄ @NiMoO ₄ [30], Co ₃ О ₄ @NiMoO ₄ [31], NiMoO ₄ @Ni (OH) ₂ [32] и т.д., которые улучшили электрохимические характеристики. Несмотря на этот прогресс, создание гетероструктуры ядро-оболочка с четко определенной морфологией с помощью эффективных и простых методов по-прежнему является большой проблемой [33]. Для дальнейшей оптимизации производительности гетероструктура ядро-оболочка может быть выращена непосредственно на токоприемнике, что может обеспечить хорошую механическую адгезию и электрическое соединение между активными материалами и подложками. Тогда эта конфигурация увеличит использование активных материалов и приведет к более высокой емкости [34].

На основе изложенных выше идей гетероструктура ядро-оболочка с внешним слоем из NiMoO ₄ нанолисты, покрывающие NiCo ₂ S ₄ Матрицы нанотрубок на пенопласте Ni были синтезированы с помощью простого гидротермального процесса и термической обработки, которые могут быть использованы в качестве усовершенствованного электрода без связующего. Свежеприготовленный NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ Гибридный электрод / NF обладает высокой удельной емкостью до 2006 Ф г ^-1 что намного выше, чем у чистого NiCo ₂ S ₄ массивы нанотрубок (NiCo ₂ S ₄ / NF) при 5 мА см ^-2 и хорошие циклические характеристики:емкость 75% сохраняется в течение 2000 циклов при 50 мА см ^-2 . В последнее время появился асимметричный суперконденсатор на основе NiCo ₂ S ₄ @NiMo ₂ О ₄ / NF и AC обеспечивают широкий диапазон напряжений 1,6 В, максимальную плотность энергии 21,4 Вт · ч кг ^-1 , и хорошая циклическая стабильность с сохранением емкости 78% при 40 мА см ^-2 более 2000 циклов. Из приведенных выше результатов следует, что NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ Гетероструктура ядро-оболочка / NF является многообещающим электродным материалом в суперконденсаторах.

Методы

Синтез NiCo ₂ S ₄ / NF

NiCo ₂ S ₄ / NF был изготовлен с помощью двухэтапного гидротермального процесса, аналогичного предыдущим отчетам [7, 26, 28]. Сначала пену Ni (1 × 4 см) очищали в растворе HCl (3 моль л ^-1 ) и ацетоном, затем тщательно промыли деионизированной (ДИ) водой и этанолом. Получали предварительно обработанную пену Ni. Во-вторых, Co (NO ₃ ) ₂ · 6H ₂ O, Ni (NO ₃ ) ₂ · 6H ₂ О и мочевину растворяли в 70 мл деионизированной воды с молярным соотношением 2:1:5. Затем систему переместили в автоклав с тефлоновой футеровкой, в которой присутствовала очищенная пена Ni. После выдержки при 120 ° C в течение 12 ч прекурсор Ni-Co был успешно приготовлен. NiCo ₂ S ₄ / NF получали обработкой прекурсора Ni-Co Na ₂ Раствор S (0,03 моль л ^-1 ) при температуре 90 ° C в течение 12 ч посредством процесса ионного обмена. Средняя массовая загрузка готового NiCo ₂ S ₄ / NF было около 2 мг / см ^-2 .

Синтез NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF

NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF был приготовлен гидротермальным способом в сочетании с процессом прокаливания в соответствии с ранее опубликованными работами с некоторыми изменениями [32, 35]. Обычно NiCo ₂ S ₄ / NF помещали в 70 мл раствор, содержащий 1 ммоль Ni (NO ₃ ) ₂ · 6H ₂ O и 1 ммоль Na ₂ МоО ₄ · 2H ₂ O путем гидротермальной обработки при 100 ° C в течение 4 часов. При этом полученный образец отжигали, выдерживая температуру 400 ° C в течение 2 часов в атмосфере Ar. Массовая загрузка NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ было около 3 мг / см ^-2 .

Характеристика материала

Структуру приготовленных материалов исследовали с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD, Нидерланды, Philip X ’Pert). Информация о морфологии из NiCo ₂ S ₄ / NF и NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF исследовали с помощью растрового электронного микроскопа (SEM, JSM-6700F, JEOL) и просвечивающего электронного микроскопа (TEM, JEM-2100, 200 кВ, JEOL). Измерения рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) проводились на спектрометре Thermo Scientific ESCALAB 250XI.

Электрохимические измерения

Трехэлектродная конфигурация была проведена на электрохимической рабочей станции (CS 2350, Ухань) для анализа электрохимических свойств в 2 моль л ^-1 Электролит КОН. Рабочий электрод - NiCo ₂. S ₄ / NF и NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF (площадь 1 × 1 см), Pt-фольга использовалась в качестве противоэлектрода, а стандартный каломельный электрод (SCE) выступал в качестве электрода сравнения. Методы включали циклическую вольтамперометрию (CV), гальваностатический заряд-разряд (GCD) и спектроскопию электрохимического импеданса (EIS). Испытания EIS проводились с частотой 0,01 Гц ~ 100 кГц и наложенным синусоидальным напряжением амплитудой 5 мВ. На основании кривых разряда удельные емкости (C _s , F g ^-1 ) были рассчитаны на основе следующего уравнения:C _s =IΔt / mΔV, где m (g), I (A), ΔV (V) и Δt (s) представляют собой массу, ток, окно напряжения и время во время процедуры разряда, соответственно.

Изготовление асимметричного суперконденсатора

Электрохимические измерения устройства с асимметричным суперконденсатором (ASC) были исследованы в двухэлектродной конфигурации. На конфигурацию ушло NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF и AC в качестве положительного и отрицательного электрода, соответственно, фильтровальная бумага в качестве разделителя. Затем мы обмотали их изолентой для упаковки. После этого мы погрузили их в электролит объемом 2 моль л ^-1 . KOH и получил окончательно собранный асимметричный NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ // Устройство переменного тока (Дополнительный файл 1:Рисунок S1). В частности, активированный уголь был смешан с 10 мас.% Ацетиленовой сажи и 5 мас.% Поливинилиденфторида (ПВДФ) для образования суспензии для приготовления электрода переменного тока. Затем суспензию наносили непосредственно на предварительно обработанную пену Ni (площадью 1 × 1 см) и сушили в вакууме при 60 ° C в течение 12 часов. Масса положительного и отрицательного электродов определялась по теории баланса Q ₊ =Q _- (Q =C _s мΔV) для обеспечения эффективного хранения заряда, где C _s (F g ^-1 ), m (g) и ΔV (V) обозначают удельную емкость, массу электрода и потенциальное окно соответственно. Основываясь на приведенной выше теории баланса, оптимальная массовая нагрузка отрицательного электрода переменного тока составляет около 24,84 мг / см ^-2 . .

Результаты и обсуждение

Процесс изготовления иерархического NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF отображается на рис. 1. Первоначально при двухэтапном гидротермальном методе, который включает процедуру выращивания на месте и процесс ионного обмена, NiCo ₂ S ₄ Были получены массивы нанотрубок на высокопроводящей микропористой пене Ni. Впоследствии NiMoO ₄ взаимосвязанная оболочка нанолистов нанесена на основу NiCo ₂ S ₄ массивы нанотрубок в результате гидротермальной обработки, а также процесса отжига.

Диаграмма XRD исходного NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ Массивы нанотрубок ядро-оболочка на пене Ni показаны на рис. 2. Подложка пены Ni соответствует трем основным пикам на рисунке. Несколько других сильных пиков 31,7 °, 38,2 °, 50,4 ° и 55,5 ° могут быть хорошо проиндексированы для NiCo ₂ S ₄ (Карты PDF № 43-1477), а дифракционные пики 31,4 °, 36,9 ° и 55,1 ° принадлежат NiMoO ₄ (Карты PDF № 86-0362), которые указывают на образование NiCo ₂ S ₄ и NiMoO ₄ . Кроме того, результаты XPS исходного NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ показаны в Дополнительном файле 1:Рисунок S2. Полный спектр обзора в основном показывает присутствие в продукте Ni 2p, Co 2p, Mo 3d, S 2p, O 1 s (дополнительный файл 1:рисунок S2A). Энергии связи Ni 2p и Co 2p соответствуют образованию NiCo ₂ S ₄ [36, 37]. Результаты XPS, показанные в Дополнительном файле 1:Рисунок S2, показывают, что композит содержит Ni ²⁺ , Ни ³⁺ , Co ²⁺ , Co ³⁺ и Мо ⁶⁺ , которые согласуются с фазовой структурой NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ [36, 38, 39].

Общая морфология и микроструктура NiCo ₂ S ₄ / NF и NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ Материалы электродов / NF представлены на рис. 3. СЭМ-изображения NiCo ₂ при разных увеличениях S ₄ нанотрубки на пене Ni показаны на рис. 3a – c. Из изображений на рис. 3a и b, похожая на траву трехмерная (3D) наноструктура, однородно покрытая на подложке из пенопласта Ni, была образована большим количеством NiCo ₂ S ₄ нанотрубки. Диаметр нанотрубки составляет примерно 70–100 нм (рис. 3в). После этого поверхность NiCo ₂ S ₄ нанотрубки становятся шероховатыми, и слой оболочки из NiMoO ₄ соединяющие нанолисты полностью осаждаются на поверхности NiCo ₂ S ₄ нанотрубок, что приводит к иерархической гетероструктуре ядро-оболочка (как показано на рис. 3d-f). Полученный NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ нанотрубки хорошо выровнены на каркасах пены Ni в крупном масштабе (рис. 3d и вставка). СЭМ-изображения с большим увеличением (рис. 3e и f) показывают, что NiMoO ₄ нанолисты перекрестно связаны друг с другом и заполняют обе поверхности NiCo ₂ S ₄ нанотрубки и промежутки между ними. Таким образом, была создана конструкция с высокой удельной поверхностью и NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ нанотрубки имеют средний диаметр около 700 нм. Подробная структура NiCo ₂ S ₄ / NF и NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF дополнительно предоставляется ТЕМ. На рис. 3g показаны ПЭМ-изображения NiCo ₂. S ₄ нанотрубки соскребают с пены Ni. На изображении видно, что NiCo ₂ S ₄ нанотрубки имеют четкую полую наноструктуру. Увеличенное изображение, вставленное на рис. 3g в левом нижнем углу, показывает, что NiCo ₂ S ₄ нанотрубка имеет толщину оболочки 15 ± 2 нм. Вставка в правом верхнем углу дополнительно подтверждает образование NiCo ₂ S ₄ с шагом решетки 0,28 нм в соответствии с плоскостью (311) кубической фазы. ПЭМ-изображения (рис. 3h) NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF подтверждает, что NiMoO ₄ нанолисты равномерно покрывают поверхность NiCo ₂ S ₄ нанотрубки, а толщина NiMoO ₄ оболочка составляет около 300 нм, что согласуется с изображениями SEM. На вставке на рис. 3h четко виден слой, содержащий большое количество тонких нанолистов, заполненных стопкой и складками, что способствует диффузии ионов во время электрохимической реакции. Изображение HRTEM (просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения) показывает, что полосы решетки 0,243 нм хорошо совпадают с плоскостью (021) NiMoO ₄ слой (рис. 3i). Приведенные выше результаты демонстрируют NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ Были созданы нанотрубки ядро-оболочка, которые соответствуют рентгенограммам.

Электрохимические характеристики NiCo ₂ S ₄ / NF и NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ Электроды / NF без связующего были исследованы в трехэлектродной конфигурации с помощью методов измерения CV, GCD и EIS (рис. 4, дополнительный файл 1:рис. S3 и S4). На рис. 4а показаны ВАХ NiCo ₂. S ₄ / Электрод NF и NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF электрод с потенциальным окном 0–0,5 В при 10 мВ с ^-1 . Для NiCo ₂ S ₄ / NF электрод, видна пара пиков окислительно-восстановительного потенциала, которые в основном связаны с окислительно-восстановительными реакциями в отношении M ²⁺ / M ³⁺ (M =Ni, Co) окислительно-восстановительные пары [28], демонстрирующие типичные псевдоемкостные характеристики. Для NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF электрод, расширенные пики связаны с M ²⁺ / M ³⁺ (M =Ni, Co) окислительно-восстановительные пары из NiCo ₂ S ₄ сердечник и Ni ²⁺ / Ni ³⁺ окислительно-восстановительные пары NiMoO ₄ оболочка. В электрохимическом процессе окислительно-восстановительная реакция атома Мо не происходит. Тогда окислительно-восстановительное поведение Mo не влияет на тестируемую емкость [32]. Элемент Mo играл ключевую роль в улучшении проводимости тройных оксидов металлов и в получении улучшенных электрохимических характеристик [6]. Емкости электрода представлены областями, окруженными ВАХ. По сравнению с NiCo ₂ S ₄ / NF, NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF электрод имел увеличенную площадь из-за присутствия NiMoO ₄ нанолисты, демонстрирующие, что гибридный электрод сердцевина-оболочка обладает более высокой удельной емкостью. Кривые CV NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / NF и NiCo ₂ S ₄ Электрод / NF при различных скоростях сканирования показаны на рис. 4b и в дополнительном файле 1:рис. S3A соответственно. Форма кривых и наличие пиков окислительно-восстановительного потенциала демонстрируют псевдемкостный характер электрода. По мере увеличения скорости сканирования форма всех кривых все еще сохраняется с небольшим сдвигом положения пиков из-за поляризационного поведения электродов [35]. Измерение GCD определяет емкостные свойства NiCo ₂ S ₄ / Электрод NF и NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ / НФ гибридный электрод. По сравнению с чистым NiCo ₂ S ₄ , NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ может хранить больше зарядов, так как обеспечивает более длительное время разряда при 5 мА см ^-2 (Рис. 4c). Кроме того, на каждой кривой есть отчетливое плато напряжения, существующее в процессе заряда / разряда, которое показывает емкостные характеристики, возникающие в результате окислительно-восстановительных реакций, что согласуется с кривыми CV. Рисунок 4d и Дополнительный файл 1:Рисунок S3B отображают кривые GCD подготовленных электродов при различных плотностях тока. На каждой кривой есть отчетливая область плато, свидетельствующая о псевдоемкостных характеристиках электродов. На рис. 4д показаны удельные емкости при различных плотностях тока приготовленных двух электродов. Удельная емкость чистого NiCo ₂ S ₄ было вычислено как 1264, 1025, 903, 838, 708, 645, 572 F g ^-1 при 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50 мА см ^-2 , соответственно. В отличие от голого NiCo ₂ S ₄ , NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ отображает значительно увеличенные удельные емкости до 2006, 1879, 1761, 1664, 1538, 1386, 1305 Ф g ^-1 при плотностях тока 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50 мА см ^-2 , соответственно. Гибридный электрод обладает более высокой емкостью, главным образом, благодаря следующим пяти достоинствам:(1) Разработанная гибридная конфигурация ядро-оболочка и микропористая особенность пены 3D Ni способствуют диффузии ионов электролита. (2) Для окислительно-восстановительных реакций массивы нанотрубок могут привести к появлению более открытых электроактивных участков. (3) Пористый NiCo ₂ S ₄ каркас с высокой проводимостью создает электрические проводящие пути для активных материалов, что приводит к повышенной проводимости и быстрой обратимой окислительно-восстановительной реакции. (4) Характеристики NiCo ₂ без связующего. S ₄ @NiMoO ₄ обеспечивает низкое межфазное сопротивление, а отсутствие привыкания могло бы значительно уменьшить «неактивную» поверхность электрода [26, 40]. (5) Синергетический эффект NiCo ₂ S ₄ ядро нанотрубок и NiMoO ₄ Оболочка нанолистов также оказывает положительное влияние на емкость. На основании результатов расчета емкости, показанных на рис. 4e, емкость NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ остается около 65,1% с увеличением плотности тока, что выше, чем у чистого NiCo ₂ S ₄ (45,3%). Таким образом, хорошая производительность достигается не только за счет более высокой проводимости NiCo ₂ S ₄ , но также из-за высокопористой структуры соединенных между собой NiMoO ₄ нанолисты заполнены как на поверхности NiCo ₂ S ₄ нанотрубки, а также промежутки между ними, что еще больше увеличивает доступность микроскопической области.

Циклическая производительность играет важную роль в суперконденсаторных устройствах. На рис. 4f показаны циклические стабильности NiCo ₂. S ₄ и NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ гибридные электроды после 2000 циклов при 50 мА см ^-2 . С увеличением номера цикла удельная емкость постепенно уменьшается. После 2000 циклов остается 75,3% от его начальной емкости, и он работает лучше, чем NiCo ₂ S ₄ (64,6% за 2000 циклов). Для NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ электрода, удельная емкость увеличивается на начальных 100 циклах, потому что активация электрода увеличивает доступные активные центры [41]. Кроме того, было проведено измерение EIS для дальнейшего изучения превосходных электрохимических характеристик NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ электрод. Дополнительный файл 1. На рисунке S4 показаны графики импеданса Найквиста NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ гибридный электрод до и после 2000 циклов. Графики Найквиста были похожи друг на друга и содержали квазиполукруг в области высоких частот и прямую линию в области низких частот. Прямая линия в области низких частот показывает сопротивление Варбурга, которое приписывается диффузионному поведению электролита на поверхности электрода [42, 43]. Сопротивления по Варбургу гибридного электрода до и после циклирования практически не изменились, что свидетельствует о хорошей циклической стабильности этого электрода. И это соответствует электрохимическим характеристикам, проанализированным выше.

Оценить потенциальное применение NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ электрод в суперконденсаторах, асимметричный суперконденсатор в двухэлектродной конфигурации был построен с NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ и электрод переменного тока действуют как положительный электрод и отрицательный электрод с площадью 1 см ² соответственно фильтровальная бумага в качестве разделителя и 2 моль л ^-1 КОН в качестве электролита. Удельная емкость активированного угля составляет 85,07 Ф · г ^-1 . при плотности тока 5 А g ^-1 (Дополнительный файл 1:Рисунок S5). На рисунке 5a показаны ВАХ устройства при различных окнах напряжения от 0–0,8 до 0–1,6 В. Из полученного нами изображения окно напряжения устройства ASC может достигать 1,6 В, как и ожидалось. Кривые ВАХ устройства при различных скоростях сканирования показаны на рис. 5б. Формы кривых CV при различных скоростях сканирования практически сохраняются, что свидетельствует о превосходных емкостных характеристиках устройства ASC. Кривые НОД NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ // Устройство переменного тока от 2 до 40 мА см ^-2 в потенциальном окне 0–1,6 В дополнительно проиллюстрированы на рис. 5в. Удельная емкость, рассчитанная по кривым разрядки, составляет 60,05, 55,16, 49,74, 46,66, 43,06, 39,50 и 35,45 Ф · г ^-1 . при 2, 5,10, 15, 20, 30 и 40 мА см ^-2 соответственно, как показано на рис. 5г. Срок службы конденсатора при циклическом режиме был измерен с помощью циклического включения GCD при 40 мА см ^-2 . (Рис. 5e). После 2000 циклов удельная емкость остается 78%, что свидетельствует о хорошей циклической стабильности. Графики импеданса Найквиста NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ // Устройство переменного тока до и после 2000 циклов показано в Дополнительном файле 1:Рисунок S6. Графики показывают, что сопротивления Варбурга устройства почти не меняются до и после цикла, демонстрируя хорошую стабильность асимметричного устройства. На рисунке 5f показаны отношения между плотностью энергии и удельной мощностью в отличие от других устройств. NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ // Устройство переменного тока отображает 21,4 Вт · ч кг ^-1 при 58 Вт кг ^-1 , и по-прежнему поддерживает 12,6 Вт · ч кг ^-1 при удельной мощности 1158 Вт · кг ^-1 . По сравнению с предыдущими опубликованными публикациями, удельная энергия нашей работы выше, чем у NiCo ₂ О ₄ // AC (13,8 Вт · ч кг ^-1 ) [44], β-NiS // β-NiS (7,97 Вт · ч кг ^-1 ) [45], NiCo ₂ О ₄ // AC (14,7 Вт · ч кг ^-1 ) [46], NiCo ₂ О ₄ // Пористый углерод (6,61 Вт · ч кг ^-1 ) [47], NiCo ₂ О ₄ @MnO ₂ // AG (активированные графены) (9,4 Вт · ч кг ^-1 ) [48], NiCo ₂ О ₄ / На основе меди // AG (12,6 Вт · ч кг ^-1 ) [49], NiCo ₂ S ₄ // ABPP (активированная мякоть груши бальзамического происхождения) углекислый (3,72 Вт · ч кг ^-1 ) [50].

Выводы

Короче говоря, новый иерархический NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ На пену Ni успешно нанесены массивы нанотрубок с гетероструктурой ядро-оболочка. В качестве электрода для суперконденсаторов он показывает высокую удельную емкость 2006 Ф г ^-1 . при 5 мА см ^-2 и хорошая циклическая стабильность (75% после 2000 циклов при 50 мА см ^-2 ). Более того, получен асимметричный суперконденсатор на основе NiCo ₂ S ₄ @NiMoO ₄ и переменный ток в качестве положительного и отрицательного электрода, соответственно, что обеспечивает удельную емкость 60,05 Ф · г ^-1 при 2 мА см ^-2 с потенциальным окном 1,6 В. Он также обеспечивает максимальную плотность энергии 21,4 Вт · ч · кг ^-1 и хорошая циклическая стабильность (78% за 2000 циклов при 40 мА см ^-2 ), что делает его перспективным кандидатом в области суперконденсаторов.