Синтез наноклеток кубического Ni (OH) 2 посредством согласованного травления и осаждения для высокопроизводительных суперконденсаторов

Аннотация

Рациональная конструкция каркасной структуры является эффективным методом улучшения емкостных характеристик гидроксидов переходных металлов. В этой работе кубические наноклетки Ni (OH) 2 (Ni (OH) 2 NC) были сконструированы с помощью маршрута координированного травления и осаждения (CEP). НК Ni (OH) 2 обладают многочисленными активными центрами, достаточным количеством каналов диффузии и повышенной скоростью переноса электронов, что благоприятно сказывается на электрохимической кинетике. В качестве положительного электрода для суперконденсаторов электрод Ni (OH) 2 NCs / Ni из пены (NF) имеет высокую удельную емкость 539,8 Ф · г ⁻¹ . при 1 A g ⁻¹ , что намного больше, чем у разрушенных Ni (OH) 2 NC / NF (Ni (OH) 2 BNC / NF, 87,3 Ф · г ⁻¹ при 1 A g ⁻¹ ). Кроме того, электрод Ni (OH) 2 NC / NF по-прежнему сохраняет 96,9% своей первоначальной удельной емкости после 2000 циклов. Устройства с асимметричным суперконденсатором (ASC) были собраны с использованием Ni (OH) 2 NC / NF и активированного угля (AC) / NF в качестве положительного и отрицательного электродов соответственно. ASC имеет более высокую плотность энергии - 23,3 Вт · ч · кг ^-1 . при удельной мощности 800 Вт кг ⁻¹ по сравнению с Ni (OH) 2 BNCs / NF (3 Вт · ч кг ^-1 при 880 Вт кг ⁻¹ ). Эти результаты демонстрируют, что электрод Ni (OH) 2 NCs / NF представляет собой потенциальное применение в области накопления энергии. Конструкция в виде клетки представляет собой эффективный способ получения электродных материалов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Фон

Чтобы преодолеть проблемы загрязнения окружающей среды и энергетического кризиса, существует значительная потребность в разработке безопасных, возобновляемых, чистых и высокопроизводительных устройств хранения энергии в качестве альтернативы ископаемому топливу [1, 2]. Суперконденсаторы обладают превосходными характеристиками для решения этих проблем, такими как высокая мощность (в 10–20 раз больше, чем у батарей), высокая производительность, короткое время зарядки и экологичность [3, 4]. Двухслойные электрические конденсаторы (EDLC) и псевдоконденсаторы (ПК) - это два обычно исследуемых типа суперконденсаторов. Таким образом, ПК, регулируемые окислительно-восстановительным потенциалом на / вблизи поверхности электродов из оксида / гидроксида переходного металла, всегда имеют более высокую плотность энергии, чем EDLC, и стали горячими проблемами в этой области [5,6,7,8,9,10]. Как типичный гидроксид переходного металла, Ni (OH) ₂ был отмечен как высокоэффективный электродный материал для ПК благодаря окислительно-восстановительной паре Ni ³⁺ / Ni ²⁺ в щелочной среде [11, 12]. Тем не менее приобретенная удельная емкость Ni (OH) ₂ всегда намного ниже теоретического значения из-за недостаточного использования электродных материалов.

Вдохновленные кинетикой, емкостные характеристики электродных материалов могут быть опосредованы дизайном микроструктуры и морфологии. Огромные усилия были вложены в синтез Ni (OH) ₂ электродные материалы с уникальной микроструктурой для достижения высокой эффективности хранения [13, 14]. В связи с этим создание полой пористой структуры в виде клетки рассматривалось как эффективный метод получения электродов с высокими рабочими характеристиками. В частности, структура, подобная клетке, может полностью использовать площадь внутренней и внешней поверхности и обеспечивать достаточное количество окислительно-восстановительных центров, что приводит к увеличению удельной емкости. Кроме того, пористая оболочка обеспечивает большое количество путей диффузии электролита, что способствует обратимости электрода, что приводит к превосходной стабильности циклирования и высокой производительности. Что касается кинетики переноса электронов, наноразмерная тонкая оболочка улучшает путь переноса электронов и увеличивает скорость переноса электронов [15, 16]. Таким образом, более высокие емкостные характеристики Ni (OH) ₂ может быть получена за счет конструкции полой пористой конструкции в виде клетки.

Шаблонный химический процесс - это обычно используемый метод для создания структур, подобных клетке [17, 18]. Конечные продукты могут точно воспроизводить геометрическую форму шаблонов и сохранять четко определенную морфологию с узким распределением по размерам [19, 20]. В этой работе Ni (OH) ₂ НК были изготовлены из кубической Cu ₂ Кристаллы O в качестве жертвенных шаблонов через тиосульфат участвовали в координирующем принципе травления и осаждения (CEP). Синтезированный Ni (OH) ₂ NCs / NF использовался в качестве положительного электрода для суперконденсаторов и Ni (OH) ₂ BNC / NF были представлены в качестве контрастного образца, чтобы подтвердить структурные преимущества клеточной архитектуры. Ni (OH) ₂ NCs / NF показывает высокую удельную емкость 539,8 Ф · г ⁻¹ . при 1 A g ⁻¹ , что намного больше, чем у Ni (OH) ₂ BNC / NF (87,3 Ф г ^-1 при 1 A g ⁻¹ ). Устройство с асимметричным суперконденсатором (ASC) имеет высокую плотность энергии 23,3 Вт · ч · кг ^-1 . при 800 Вт кг ⁻¹ , и это значение намного больше, чем у Ni (OH) ₂ BNC / NF // переменный ток (3 Вт · ч кг ⁻¹ при 880 Вт кг ⁻¹ ). Результаты показывают, что Ni (OH) ₂ Электрод NCs / NF представляет собой привлекательную перспективу для создания суперконденсаторов. Способ создания полой пористой конструкции в виде клетки также имеет значение в других областях, таких как датчики и катализаторы.

Методы / экспериментальные

Приготовление Cu ₂ Шаблоны O

Кубическая Cu ₂ Кристаллы O были синтезированы согласно нашему предыдущему сообщению [21]. В перемешиваемый CuCl ₂ добавляли пятьдесят миллилитров раствора NaOH (2 M). · 2H ₂ O (500 мл, 0,01 M) в течение 3 мин при 55 ° C. После перемешивания в течение 30 минут по каплям добавляли 50 мл 0,6 М раствора аскорбиновой кислоты. Готовые образцы центрифугировали через 3 часа и сушили в вакууме.

Синтез Ni (OH) ₂ NC

400 мг Cu ₂ Шаблоны O и различная дозировка NiCl ₂ емкости наливали в химический стакан емкостью 1000 мл, содержащий 400 мл смеси воды и спирта (объемное соотношение =1:1). Массовое соотношение Cu ₂ Шаблоны O и NiCl ₂ мощность регулируется как 5:1, 2,5:1, 1,67:1 и 1,25:1 (соответствующий NiCl ₂ дозировка составляет 80 мг, 160 мг, 240 мг и 320 мг соответственно). После ультразвуковой обработки в течение 10 минут в растворе при перемешивании диспергировали 13,2 мг поливинилпирролидона (ПВП). Через 30 минут 160 мл 1 M Na ₂ S ₂ О ₃ добавляли по каплям в раствор при комнатной температуре. Через 3 ч конечные продукты собирали центрифугированием и сушили в печи. Ni (OH) ₂ БНК были получены ультразвуковой обработкой Ni (OH) ₂ NC в течение 2 часов в спирте (дополнительный файл 1:рисунок S1).

Характеристики материалов

Структуру и химический состав продуктов анализировали методом порошковой рентгеновской дифракции (XRD, Rigaku D / Max-2400) с использованием излучения Cu Kα и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии ESCALAB 250Xi (XPS, США). Морфологию продуктов исследовали с помощью автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии Zeiss Gemini 300 (FESEM). Наблюдения с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) проводили на приборе FEI F20. Удельную поверхность и пористость измеряли на приборе Белсорт-макс.

Электрохимические измерения

Все электрохимические измерения проводились на рабочей станции μIII Autolab в 3 M KOH с Pt фольгой (1 см × 1 см) и Ag / AgCl (насыщенный KCl) в качестве противоэлектродов и электродов сравнения, соответственно. Рабочие электроды были сконструированы следующим образом:во-первых, электродные материалы (Ni (OH) ₂ НК, полученные при разном времени реакции и Ni (OH) ₂ БНК), ацетиленовую сажу и политетрафторэтилен (5% ПТФЭ) смешивали вместе в этаноле в массовом соотношении 80:15:5. Затем смесь наносили на NF (1 см × 1 см) и сушили в печи. Расчетная масса загрузки составила 3,4 мг / см ² . . Электрохимические характеристики были исследованы с помощью циклической вольтамперометрии (CV), гальваностатического заряда-разряда (GCD) и электрохимического импеданса (EIS). Испытания EIS проводились в диапазоне от 0,01 до 100 кГц с амплитудой возмущения 5 мВ. Удельная емкость электродов рассчитывалась по следующему уравнению:

$$ C =\ frac {I \ varDelta t} {m \ varDelta V} $$ (1)

где I - ток разряда (А), t время разряда (с), Δ V потенциальное окно (V), м - общая масса (г) электродных материалов. ASC были приготовлены с Ni (OH) ₂ NC (или Ni (OH) ₂ BNC)) и переменного тока в качестве положительного и отрицательного электродов соответственно. Электрод переменного тока был приготовлен путем нанесения смеси связующего на основе AC и ПТФЭ (90:10) на NF (1 см × 1 см). Затем два электрода были собраны вместе с сепаратором в 3 М КОН.

Результаты и обсуждения

Характеристики

Рентгенограмма приготовленного Ni (OH) ₂ НК были записаны на рис. 1а. Наблюдаемые три сильных пика, расположенные при 33,1 °, 38,5 ° и 60,2 °, соответствуют кристаллическим плоскостям (100), (101) и (003) гексагональной β -Ni (OH) ₂ (JCPDS № 14-0117) [22]. Измерения XPS были проведены для подтверждения химического состава. Сигналы Ni, O и C отчетливо наблюдаются в обзорном спектре, показывая, что образец в основном состоит из Ni и O. Как показано на рис. 1c, концентрированные сигналы расположены при 873,7 эВ и 856,1 эВ с разделением 17,6 эВ. можно отнести к Ni 2p _1/2 и Ni 2p _3/2 из Ni ²⁺ _, соответственно [23, 24]. Пики, расположенные при 879,9 эВ и 861,7 эВ, представляют собой соответствующие спутниковые сигналы для Ni 2p _1/2 и Ni 2p _3/2, соответственно. Как показано на рис. 1d, пик O1s, расположенный при 531,2 эВ, представляет собой типичную особенность связи Ni-O-Ni в Ni (OH) ₂ [25, 26]. На основе вышеприведенных обсуждений продукты в исходном состоянии можно вывести на Ni (OH) ₂ фаза.

а Рентгенограмма приготовленного Ni (OH) ₂ NCs. б - г XPS-спектры Ni (OH) ₂ NCs. б Опрос. c Ni 2p. г O 1 с

Наблюдения SEM и TEM использовались для дальнейшего подтверждения морфологических особенностей продуктов. Дополнительный файл 1. На рисунке S2a показана рентгенограмма подготовленного Cu ₂. О. Все дифракционные пики могут быть проиндексированы в соответствии с JCPDS №. 78-2076, что подтверждает успешное получение Cu ₂ О. СЭМ изображение Cu ₂ Шаблоны O в дополнительном файле 1:На рисунке S2b показаны кубические элементы продуктов с длиной кромки около 500 нм. Как видно на рис. 2а, Ni (OH) ₂ образцы сохраняют однородную четко выраженную кубическую морфологию после процесса CEP. Ni (OH) ₂ кубики имеют длину ребра 500 нм (рис. 2b), что более или менее похоже на Cu ₂ O шаблоны. Как видно из вставки к рис. 2б, поверхность Ni (OH) ₂ Кубики состоят из количества мелких частиц и имеют пористую структуру. На ПЭМ-изображении на рис. 2с видна внутренняя полость, на которой видна клеточная особенность Ni (OH) ₂ продукты. Как показано на рис. 2d, длина кромки составляет 500 нм, что согласуется с наблюдениями SEM. Причем толщина оболочки Ni (OH) ₂ NC обозначается как 50 нм (рис. 2d). Исследования SEM и TEM демонстрируют клеточную особенность продуктов. Полая пористая структура в виде клетки обеспечивает большую площадь поверхности и большое количество путей диффузии, что может способствовать процессу массопереноса, что приводит к выдающимся емкостным характеристикам.

а , b SEM и c , d ПЭМ изображения Ni (OH) ₂ НК

Оптические фотографии и ПЭМ-изображения Ni (OH) ₂ НК регистрировали в разное время реакции, чтобы понять механизм образования. Как показано на рис. 3а, реакционный раствор приобретает кирпично-красный цвет через 5 мин, что указывает на то, что на начальной стадии реакции происходят незначительно. В дальнейшем цвет раствора постепенно становится светлее. Через 3 часа цвет раствора становится светло-зеленым, что соответствует цвету конечных продуктов. Как показано на рис. 3b, изделия представляют собой частично полую внутреннюю полость из-за растворения Cu ₂ Шаблоны O на 5 мин. Причем травление внутреннего Cu ₂ О преимущественно происходит в углу из-за адекватной кинетики диффузии. Внутренний Cu ₂ Кристаллы O растворяются непрерывно, пока полностью не исчезнут через 3 часа. Принципиальная схема представлена на схеме 1. Как правило, механизм образования Ni (OH) ₂ NC показаны ниже (уравнение (2)):

$$ {\ mathrm {Ni}} ^ {2 +} + 2 {\ mathrm {OH}} ^ {-} \ to \ mathrm {Ni} {\ left (\ mathrm {OH} \ right)} _ 2 $$ (2)

а Оптические фотографии реакционной системы при разном времени реакции. б ПЭМ-изображения продуктов, полученные при разном времени реакции

Принципиальная схема процесса формирования

Ни ²⁺ ионы в формуле. (2) - поглощенные Ni ²⁺ на поверхности Cu ₂ Кристаллы O (шаг 1). ОН ^- ионы в формуле. (2) освобождаются от коррозии Cu ₂ Кристаллы O (уравнение (3)) и гидролиз S ₂ О ₃ ^2- (Уравнение (4)).

$$ {Cu} _2O + {xS} _2 {O_3} ^ {2 -} + {H} _2O \ to {\ left [{Cu} _2 {\ left ({S} _2 {O} _3 \ right)} _ x \ right]} ^ {2-2x} +2 {OH} ^ {-} $$ (3) $$ {\ mathrm {S}} _ 2 {{\ mathrm {O}} _ 3} ^ {2 -} + {\ mathrm {H}} _ 2 \ mathrm {O} \ to {\ mathrm {H} \ mathrm {S}} _ 2 {{\ mathrm {O}} _ 3} ^ {2 -} + {\ mathrm {O} \ mathrm {H}} ^ {-} $$ (4)

Уравнения (3) и (4) являются механизмом для S ₂ О ₃ ^2– вовлечен процесс CEP, который происходит на этапах 2 и 3. Детальный кинетический процесс аналогичен образованию Co (OH) ₂ НК в опубликованной нами статье [27]. Транспорт S ₂ О ₃ ^2– в сторону Cu ₂ O определяет скорость коррозии и высвобождаемый OH ^- ионов изнутри представляет собой скорость роста Ni (OH) ₂ NCs. Совместное управление двумя процессами приводит к образованию четко определенного Ni (OH) ₂ СК.

На рис. 4 показаны N ₂ Кривые изотермы адсорбции-десорбции Ni (OH) ₂ NC и Ni (OH) ₂ BNC. Площадь поверхности по БЭТ Ni (OH) ₂ NC 54,7 м ² / г, что намного больше, чем у Ni (OH) ₂ BNC (38,1 м ² /г). Результаты показывают, что полая пористая архитектура обеспечивает Ni (OH) ₂ НК с большей удельной поверхностью. Распределение пор по размерам (вставки a и b) показывает мезопористую структуру Ni (OH) ₂ NC и Ni (OH) ₂ BNC. Объем пор Ni (OH) ₂ NC рассчитывается как 0,25 см ³ / г, что больше, чем Ni (OH) ₂ BNC (0,19 см ³ /г). Кроме того, для Ni (OH) ₂ исследуется концентрированное распределение пор между 2,7 и 6,1 нм. НК, который связан с промежутком между наночастицами. Однако для Ni (OH) ₂ не наблюдается явного концентрированного распределения пор. БНК, выявляющие разрушение упорядоченных диффузионных каналов. Большая площадь поверхности и упорядоченные диффузионные каналы полезны для электрохимической кинетики, что приводит к отличным емкостным характеристикам.

BET измерения a Ni (OH) ₂ NC и (б) Ni (OH) ₂ BNC. Вставки а и b соответствующие распределения пор по размерам Ni (OH) ₂ NC и Ni (OH) ₂ BNC соответственно

Электрохимические характеристики Ni (OH) ₂ NC

Для получения наилучших емкостных свойств Ni (OH) ₂ НК с разной толщиной оболочки были приготовлены путем контроля дозировки NiCl ₂ порошки. Как показано на рис. 5, толщина оболочки, по-видимому, увеличивается с 27,4 до 76,7 нм с увеличением отношения масс с 5:1 до 1,67:1. Однако толщина оболочки незначительно увеличивается с 76,7 нм до 79 нм при дальнейшем увеличении отношения масс до 1,25:1. Результаты могут быть объяснены кинетическими затруднениями в диффузии массы, вызванными задержкой оболочки. Кривые НОД Ni (OH) ₂ НК, полученные с разными NiCl ₂ дозировки были измерены, и данные были записаны на фиг. 6a. Понятно, что образец с Cu ₂ O / NiCl ₂ 2,5:1 отображает максимальное время разряда менее 4 А / г, что указывает на наилучшие емкостные характеристики. Этот результат можно приписать подходящей кинетике массопереноса, полученной при умеренной толщине оболочки. Кроме того, емкостные характеристики Ni (OH) ₂ НК, полученные с Cu ₂ O / NiCl ₂ 2,5:1 по сравнению с Ni (OH) ₂ BNC. Как показано на рис. 6b, значительные окислительно-восстановительные пики четко наблюдаются на CV-кривых Ni (OH) ₂. NC и Ni (OH) ₂ BNC, выявляющие псевдоемкостную характеристику двух электродов. Окислительно-восстановительный процесс соответствует механизму накопления Ni (OH) ₂ Редокс пара / NiOOH, проиллюстрированная формулой. (5) [28, 29].

$$ \ mathrm {Ni} {\ left (\ mathrm {OH} \ right)} _ 2 + {\ mathrm {OH}} ^ {-} \ leftrightarrow \ mathrm {Ni} \ mathrm {OOH} + {\ mathrm {H }} _ 2 \ mathrm {O} + {e} ^ {-} $$ (5)

а - г ПЭМ изображения Ni (OH) ₂ НК, полученные с различным массовым соотношением Cu ₂ O / NiCl ₂ . е - ч ПЭМ-изображения соответствующих оболочек a - г

а Кривые НОД продуктов, полученных с различным массовым соотношением Cu ₂ O / NiCl ₂ при 4 A g ⁻¹ . б CV Ni (OH) ₂ NCs / NF и Ni (OH) ₂ BNC / NF при скорости сканирования 60 мВ / с. c CV Ni (OH) ₂ NC / NF с разной скоростью сканирования. г Кривые НОД Ni (OH) ₂ NCs / NF и Ni (OH) ₂ BNC / NF при 1 A g ⁻¹ . е Кривые НОД Ni (OH) ₂ NC / NF при разных плотностях тока. е Схема преимуществ накопления заряда для Ni (OH) ₂ NCs. г Циклическая стабильность Ni (OH) ₂ NCs / NF при 8 A g ⁻¹ . ч Спектры ЭИС Ni (OH) ₂ NCs / NF и Ni (OH) ₂ BNC / NF

CV-инкапсулированная область Ni (OH) ₂ NC намного больше, чем у Ni (OH) ₂ BNC, демонстрирующие более высокую удельную емкость. CV Ni (OH) ₂ NC при различных скоростях сканирования изображены на рис. 6c. Кривая CV по-прежнему сохраняет четко очерченную форму даже при высокой скорости сканирования 100 мВ / с, демонстрируя выдающуюся скорость и высокую электрохимическую обратимость. Кроме того, пиковый ток линейно увеличивается пропорционально квадратному корню из скоростей сканирования, показывая, что объемная диффузия является доминирующим фактором (дополнительный файл 1:Рисунок S3). Как показано на рис. 6d, кривые НОД Ni (OH) ₂ NC показывают большее время разряда, чем Ni (OH) ₂ BNC на 1 A g ⁻¹ , доказывая, что Ni (OH) ₂ NC имеют более высокую удельную емкость, чем Ni (OH) ₂ BNC. На рис. 6д представлены кривые НОД Ni (OH) ₂. НК при разной плотности тока. Расчетные удельные емкости для Ni (OH) ₂ NC:539,8, 445,5, 409,4, 391,3, 360,2 и 340,7 F g ⁻¹ при 1, 2, 3, 4, 5 и 6 A g ⁻¹ , соответственно (Дополнительный файл 1:Рисунок S4). Эти значения рассчитаны для Ni (OH) ₂ BNC:87,3, 77,4, 72,9, 67,8, 64,1 и 60,5 F g ⁻¹ при соответствующей плотности тока (дополнительный файл 1:рисунок S5). Структурные преимущества Ni (OH) ₂ NC показаны на рис. 5f. Во-первых, функция типа клетки обеспечивает количество активных центров для реакций Фарадея. Во-вторых, пористая тонкая оболочка сокращает расстояние миграции электронов, что приводит к высокой скорости переноса электронов. В-третьих, пористая оболочка обеспечивает достаточное количество каналов для диффузии электролита, повышая степень использования Ni (OH) ₂ . Циклическая стабильность Ni (OH) ₂ NC оценивали путем повторения измерений GCD при 8 A g ⁻¹ (Рис. 6 г). Замечено, что удельная емкость все еще сохраняет 96,9% от своего первоначального значения после 2000 циклов, что намного больше, чем у Ni (OH) ₂ BNC (61,5%, дополнительный файл 1:рисунок S6). Как показано на вставке, последние 10 циклов мало отличаются от первых 10 циклов заряда-разряда, демонстрируя превосходную стабильность. Небольшое ослабление емкости можно объяснить небольшим выделением Ni (OH) ₂ НК из НФ. Внутренняя пустота и поры в оболочке предоставляют достаточно места для снятия напряжения во время цикла [30].

Чтобы подтвердить преимущества решетчатой структуры в кинетике, спектры EIS были записаны на рис. 6h, а эквивалентная схема проиллюстрирована в дополнительном файле 1:рис. S7. Эквивалентная схема в основном состоит из Rs, Rct, Zw, CPE и CL. При этом Rs - внутреннее сопротивление электродной системы. Rct - сопротивление переносу заряда, связанное с радиусом полукруга в спектрах ЭИС. Zw - импеданс Варбурга, соответствующий наклону EIS на высокой частоте. Хотя Ni (OH) ₂ Электрод NCs / NF имеет более или менее такое же значение Rs (0,27 Ом) по сравнению с Ni (OH) ₂ BNC / NF (0,25 Ом), Ni (OH) ₂ NCs / NF имеет гораздо более низкое сопротивление Rct (120,8 Ом), чем у Ni (OH) ₂ BNC (976,5 Ом), демонстрирующие более высокую скорость переноса электронов. Высокая скорость переноса электрона объясняется достаточно тонкой оболочкой из Ni (OH) ₂ NCs. По-видимому, Ni (OH) ₂ Электрод NCs / NF имеет гораздо больший наклон, чем Ni (OH) ₂ BNC / NF, демонстрируя более прямой процесс диффузии. Беспрепятственная диффузия может быть приписана упорядоченным каналам и характеристикам пористости Ni (OH) ₂ Электрод NCs / NF. На основании вышеизложенного, Ni (OH) ₂ Электрод NCs / NF обладает значительными преимуществами в электрохимической кинетике по сравнению с Ni (OH) ₂ BNC / NF.

Электрохимические характеристики устройства ASC

Устройство ASC из Ni (OH) ₂ NCs / NF // AC был построен согласно рис. 7а. Ni (OH) ₂ NCs / NF электрод и AC были разделены целлюлозной бумагой. Как показано на рис. 7b, CV-кривая электрода переменного тока имеет почти прямоугольную форму, демонстрируя типичный механизм хранения EDLC. Кроме того, электрод переменного тока может переключаться в пределах от -1 до 0 В и Ni (OH) ₂ Электрод NCs / NF может переключаться в пределах от 0 до 0,6 В, показывая, что устройство ASC может обеспечивать рабочее напряжение 1,6 В. Кривые CV, показанные на рис. 7c, показывают четко очерченную форму даже при высоких скоростях сканирования, что означает превосходную массу. кинетика переноса и выдающаяся обратимость. Кривые НОД устройства ASC при различных плотностях тока показаны на рис. 7г. Плотность энергии и удельная мощность устройства были рассчитаны согласно рис. 7d. Плотность энергии 23,3 Вт · ч кг ⁻¹ достигается при удельной мощности 800 Вт кг ⁻¹ . Плотность энергии 9,6 Вт · ч кг ⁻¹ по-прежнему получается даже при высокой плотности мощности 8000 Вт кг ^-1 . Плотность энергии намного больше, чем у Ni (OH) ₂ BNCs / NF // AC ASC (Дополнительный файл 1:Рисунок S8, 3 Вт · ч кг ⁻¹ при 880 Вт кг ⁻¹ ). Кроме того, максимальная плотность энергии ASC также больше, чем у Ni (OH) ₂. материалы на основе [31, 32]. Стабильность циклирования оценивалась путем повторения измерений GCD при 4 A g ⁻¹ . на 2000 циклов. Конечная удельная емкость по-прежнему составляет 90,1% от своего максимального значения, и это значение намного больше, чем у Ni (OH) ₂ BNCs / NF // AC ASC (дополнительный файл 1:рисунок S9, 60%). Кроме того, последние десять кривых GCD аналогичны первым десяти циклам, демонстрируя превосходную стабильность устройства ASC. Как показано на рис. 7f, Ni (OH) ₂ NC по-прежнему сохраняют однородную кубическую клеточную морфологию после 2000 циклов, что еще раз демонстрирует превосходную стабильность при циклировании. Потеря удельной емкости может быть связана с небольшим количеством активного материала, падающего с NF.

а Схема Ni (OH) ₂ NCs / NF // Устройство переменного тока. б CV AC и Ni (OH) ₂ Электроды NCs / NF в трехэлектродной системе. c CV Ni (OH) ₂ NCs / NF // AC ASC от 0 до 1,6 В. d Кривые GCD ASC при различных плотностях тока от 0 до 1,6 В. e Циклическая стабильность ASC в течение 2000 циклов при 4 A g ⁻¹ . е СЭМ-изображения положительного электрода до и после циклирования

Выводы

В целом, Ni (OH) ₂ НК были успешно сконструированы методом CEP и использовались в качестве электрода для суперконденсаторов. Ni (OH) ₂ НК имеют большую удельную поверхность 54,7 м ² / г и концентрированное распределение пор по размеру от 2,7 до 6,1 нм. Тонкая оболочка сокращает путь переноса и улучшает скорость переноса электронов. В качестве положительного электрода для суперконденсаторов Ni (OH) ₂ NCs / NF отображает удельную емкость 539,8 Ф · г ⁻¹ . при 1 A g ⁻¹ , что намного больше, чем у Ni (OH) ₂ BNCs / NF // переменный ток (87,3 F g ⁻¹ при 1 A g ⁻¹ ). Удельная емкость все еще остается около 96,9% от своего первоначального значения после 2000 циклов. ASC Ni (OH) ₂ NCs / NF // AC обладает плотностью энергии 23,3 Вт · ч кг ⁻¹ при 800 Вт кг ⁻¹ , что намного больше, чем у Ni (OH) ₂ BNC (3 Вт · ч кг ⁻¹ при 880 Вт кг ⁻¹ ). Результаты показывают, что рассчитанный Ni (OH) ₂ У NC есть потенциальное применение в области накопления энергии.