Hydrothermische Synthese von CoMoO4-Mikrosphären als ausgezeichnetes Elektrodenmaterial für Superkondensatoren

Hintergrund

Aufgrund des schnellen Verfalls der fossilen Brennstoffe ist es wichtig, die Umwandlung und Speicherung von erneuerbarer alternativer Energie zu entwickeln. Superkondensatoren als eine Art Energiespeicher haben in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen [1,2,3,4,5]. Superkondensatoren zeigen wünschenswerte Leistung, wie hohe Leistungsdichte, kurze Ladezeit und lange Lebensdauer [6,7,8]. Nach dem Mechanismus der Ladungsspeicherung können Superkondensatoren in elektrochemische Doppelschichtkondensatoren (EDLCs) und elektrochemische Redoxkondensatoren (d. h. Pseudokapazität (PCs)) eingeteilt werden. Der Ladungsspeichermechanismus von EDLCs hängt mit der reversiblen Adsorption und Desorption von Elektrolytionen an der Elektroden-/Elektrolytoberfläche zusammen, während der von PCs mit den Redoxreaktionen an der Elektrodenoberfläche zusammenhängt [4, 6, 8, 9]. Ob für EDLCs oder PCs, die Elektroden sind daher sehr wichtig, und es ist notwendig, ein interessantes Elektrodenmaterial für Superkondensatoranwendungen zu finden. Generell ist die Energiedichte von PCs höher als die von EDLCs [10, 11]. Viele Metalloxidmaterialien wie NiO [12, 13], Co₃ O₄ [3], CuO [14], MnO₂ [15] und SnO₂ [16], haben viel Aufmerksamkeit für die Verwendung als Superkondensatorelektroden auf sich gezogen. Unter diesen Metalloxiden sind Molybdänoxide und Kobaltoxide aufgrund ihrer hohen Redoxaktivität, mehreren Oxidationsstufen, ihrer hohen theoretischen spezifischen Kapazität, der reversiblen Speicherung kleiner Ionen und der geringen Kosten die vielversprechenden Kandidaten für Anwendungen [11]. Zhouet al. vorbereitetes MoO₂ Nanopartikel und die Probe zeigt eine hohe spezifische Kapazität von 621 F g ⁻¹ [17] und Wu et al. untersuchten die Eigenschaften von MoO₂ /CNTs mit einer Kapazität von 467,4 F g ⁻¹ [18].

Mischmetalloxide haben aufgrund ihrer hohen Redoxaktivität, ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit, der reversiblen Speicherung kleiner Ionen und der geringen Kosten viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen [11]. Unter ihnen haben die Metallmolybdate viel Aufmerksamkeit für Energiespeicheranwendungen auf sich gezogen. Wie NiMoO₄ [19,20,21], MnMoO₄ [22, 23], CoMoO₄ [6, 8, 11, 24, 25] und andere Metallmolybdate wurden ausgiebig als ausgezeichnete Elektrodenmaterialien für Superkondensatoren untersucht. Wie in Refs. [26,27,28], CoMoO₄ ist wegen seiner geringen Kosten und seiner Ungiftigkeit vorteilhaft und weist verbesserte elektrochemische Eigenschaften auf. Veerasubramaniet al. bereitete das plattenförmige CoMoO₄ . vor mit einer spezifischen Kapazität von etwa 133 F g ⁻¹ bei 1 mA cm ⁻² [26]. Padmanathanet al. synthetisierte das α-CoMoO₄ Nanoflocken/CFC als symmetrischer Superkondensator mit einer spezifischen Kapazität von 8,3 F g ⁻¹ bei einer Stromdichte von 1 A g ⁻¹ in organischem Elektrolyt [29]. Darüber hinaus haben Kazemi et al. erhielt die Löwenzahn-Form CoMoO₄ mit einer hervorragenden spezifischen Kapazität von 2100 F g ⁻¹ bei einer Stromdichte von 1 A g ⁻¹ [8]. Xiaet al. berichtet, dass das CoMoO₄ /Graphen-Verbundwerkstoffe zeigen eine spezifische Kapazität von 394,5 F g ⁻¹ (bei einer Abtastrate von 1 mV s ⁻¹ ), was etwa dem 5,4-fachen des Wertes von reinem CoMoO₄ . entspricht [30].

In diesem Artikel wird das CoMoO₄ Nanoflocken wurden durch ein einfaches hydrothermales Verfahren bei unterschiedlichen hydrothermalen Reaktionszeiten synthetisiert, gefolgt von einer Kalzinierung bei 400 °C in einem Muffelofen. Die elektrochemischen Eigenschaften der Proben wurden mit den Methoden der zyklischen Voltammetrie (CV), der galvanostatischen Ladungsentladung (GCD) und der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) untersucht. Gemäß den GCD-Testergebnissen zeigen die Proben spezifische Kapazitäten von 151, 182, 243, 384 und 186 F g ⁻¹ bei Stromdichte von 1 A g ⁻¹ in 2 M KOH-Elektrolyt. Die Probe CMO-12 zeigt eine interessante elektrochemische Eigenschaft.

Experimentell

Synthese von CoMoO₄

Das CoMoO₄ Proben wurden durch eine einfache hydrothermale Methode synthetisiert. Erstens 0,4410 g Co(NO₃ )₂ ·6H₂ O und 0,2675 g (NH₄ .) )₆ Mo₇ O₂₄ ·4H₂ O (AHM) wurden in 30 ml destilliertem Wasser unter magnetischem Rühren 10 min bei Raumtemperatur gelöst, um eine klare Mischlösung zu erhalten. Zweitens wurden 0,3621 g Harnstoff langsam in die gemischte Lösung von Co(NO₃ )₂ ·6H₂ O und AHM unter magnetischem Rühren. Die Mischung wurde 1 h gerührt, um eine homogene Lösung zu bilden. Als nächstes wurde die homogene Lösung in einen mit Teflon ausgekleideten 50-ml-Edelstahlautoklaven überführt und 1 h in einem Elektroofen bei 180 °C gehalten. Andere Proben wurden mit den Hydrothermalzeiten von 4, 8, 12 bzw. 24 h hergestellt. Die so synthetisierten Produkte wurden mit dem Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann wurde die resultierende Lösung mit destilliertem Wasser und Ethanol zentrifugiert. Der erhaltene Niederschlag wurde 10 h bei 60 °C im Vakuumofen getrocknet. Schließlich wurde der getrocknete Niederschlag 2 h bei 400 °C im Muffelofen kalziniert, um die Endprodukte zu erhalten. Die Endprodukte wurden als CMO-1, CMO-4, CMO-8, CMO-12 bzw. CMO-24 gekennzeichnet.

Materialcharakterisierung

Die kristallinen Strukturen der Proben wurden durch Röntgenbeugung (XRD; Bruker, D8 Discover) bei 40 kV und 40 mA bestimmt. Die Morphologien der Proben wurden durch Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FE-SEM; Zeiss, SUPRA 40) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM; JEM-2100) untersucht. Die Stickstoffadsorptions-Desorptions-Isothermen der Proben wurden unter Verwendung der Autosorb-iQ-Physikadsorptionsapparatur erhalten. Anschließend wurden die spezifischen Oberflächen und Porengrößenverteilungen der Proben mit den Methoden Brunauer-Emmett-Teller (BET) und Barrett-Joyner-Halenda (BJH) ermittelt.

Vorbereitung der Arbeitselektrode und elektrochemische Messungen

Die Arbeitselektroden wurden nach der in der Literatur beschriebenen Methode hergestellt [31]. Die Produkte im synthetisierten Zustand, Acetylenruß und Polytetrafluorethylen (PTFE) wurden mit einem Gewichtsverhältnis von 70:20:10 vermischt, um eine homogene Paste zu bilden. Dann wurde es auf den gereinigten Nickelschaum mit einer Fläche von 1 cm  ×  1 cm aufgetragen. Nach dem Trocknen in einem Vakuumofen bei 50 °C für 6 h, um das Lösungsmittel zu entfernen, wurde der Nickelschaum dann bei 10 MPa 2 min lang mit einer Perlenmaschine gepresst. Die Masse des aktiven Materials auf der Elektrode betrug etwa 3–5 mg.

Die elektrochemischen Eigenschaften der Proben wurden unter Verwendung einer elektrochemischen Workstation CS 350 (CorrTest, Wuhan) bei Raumtemperatur charakterisiert. Als Elektrolytlösung wurden zwei Mol pro Liter KOH-Lösungen verwendet, und bei der Messung wurde ein Drei-Elektroden-System verwendet. CoMoO₄ , Platin und eine gesättigte Kalomelelektrode (SCE) dienten als Arbeitselektrode, Gegenelektrode bzw. Referenzelektrode. Die CV-Kurven wurden im Potentialbereich von − 0,2 bis + 0,6 V bei unterschiedlichen Abtastraten von 5, 10, 20, 40, 50 und 100 mV s ^–1 . erstellt . GCD-Kurven wurden bei verschiedenen Stromdichten von 1, 1,5, 2, 3, 5 und 8 A g ⁻¹ . getestet . Der EIS der Proben wurde von 0,01 Hz bis 100 kHz untersucht.

Ergebnisse und Diskussion

Strukturelle und morphologische Charakterisierung

Wie in Abb. 1 gezeigt, stimmen XRD-Muster von Proben mit dem Standardmuster von CoMoO₄ . überein (JCPDS Nr. 21-0868), und sie sind ähnlich wie in früheren [6, 8, 32, 33] berichtet. Die Beugungspeaks bei 13,1°, 19,1°, 23,3°, 26,5°, 27,2°, 28,3°, 32,0°, 33,6°, 36,7°, 40,2°, 43,6°, 47,0°, 52,1°, 53,7°, 58,4° und 64,5° entsprechen Reflexionen von (001), (\( \overline{2} \)01), (021), (002), (\( \overline{1} \)12), (\( \ overline{3} \)11), (\( \overline{1} \)31), (\( \overline{2} \)22), (400), (003), (\( \overline{2 } \)41), (241), (\(\overline{2}\)04), (\(\overline{4}\)41), (024) bzw. (243) Ebenen. Wie in Abb. 1 gezeigt, die breiteren und schwächeren Beugungspeaks der XRD-Muster für CoMoO₄ Proben wurden beobachtet, was auf die schwächere Kristallisation in den Proben hinweist. Wie in Refs. [8, 34] spielt die schwächere Kristallinität eine entscheidende Rolle für die Verbesserung des elektrochemischen Verhaltens in Superkondensatoranwendungen.

XRD-Muster von fünf Proben

Die Oberflächenmorphologien von CoMoO₄ Proben wurden durch SEM und TEM charakterisiert. Wie in Abb. 2 gezeigt, wurden bei allen Proben Mikrokugelstrukturen beobachtet, und die Mikrokugeln bestanden aus Nanoflocken. Mit zunehmender Hydrothermalzeit nimmt die Dicke der Nanoblätter zuerst zu und dann ab, und die dicksten Nanoflocken wurden in der Probe mit einer Hydrothermalzeit von 12 h erhalten. Die Abbildungen 3a, b zeigen die Elementkartierungsbilder der energiedispersiven Spektroskopie (EDS) und das EDS-Spektrum von CMO-12. Gemäß den Element-Mapping-Bildern sind Co-, Mo- und O-Elemente gleichförmig in der Mikrokugel verteilt. Das molare Verhältnis der Elemente von Co, Mo und O beträgt etwa 1:1:4, was der Zusammensetzung von CoMoO₄ . entspricht . Abbildung 3c, d zeigen die TEM-Bilder des CMO-12. Wie im Einschub von Fig. 3c gezeigt, zeigen die ausgewählten Flächenelektronenbeugungsmuster (SAED) die einkristalline Natur des CoMoO₄ . . Die klaren Beugungsflecken konnten den (\( \overline{2} \)22), (024), (\( \overline{1} \)31) und (002) Kristallebenen des CoMoO₄ . Abbildung 3d ist das HRTEM-Bild; es zeigt die Gitterabstände von 0,34 und 0,27 nm, die sich auf die (002)- und (\( \overline{1} \)31)-Ebenen von CoMoO₄ . beziehen könnten , bzw.

Die REM-Aufnahmen von Proben mit niedriger und hoher Vergrößerung. a , b CMO-1. c , d CMO-4. e , f CMO-8. g , h CMO-12. ich , j CMO-24

a Energiedispersive Spektroskopie (EDS) Element-Mapping-Bild und Co-, Mo- und O-Verteilung. b Das EDS-Spektrum und der Einschub sind das Molverhältnis von Co-, Mo- und O-Elementen. c TEM und Einschub mit hoher Vergrößerung sind das ausgewählte Flächenelektronenbeugungsmuster. d Das HRTEM-Bild der CMO-12-Probe

Abbildung 4 zeigt die Porengrößenverteilungen und N₂ Adsorptions-Desorptions-Isothermen von CoMoO₄ Proben. Gemäß der N₂ Adsorptions-Desorptions-Isothermen von Proben, alle Isothermen zeigen das Merkmal des Typs IV mit H₃ -Typ Hystereseschleifen. Die spezifischen BET-Oberflächen von CMO-1, CMO-4, CMO-8, CMO-12 und CMO-24 wurden mit 18,4, 29,2, 42,8, 74,1 und 26,2 m ² . berechnet g ⁻¹ , bzw. Probe CMO-12 zeigt die höchste BET-Oberfläche, und die hohe BET-Oberfläche könnte die Kontaktfläche von Elektrode/Elektrolyt vergrößern und mehr aktive Zentren für einen effizienten Transport von Elektronen und Ionen im Elektrodensystem bereitstellen [35]. Wie in Abb. 4 gezeigt, befinden sich scharfe Peaks in den Porengrößenverteilungen der Proben bei 145,9, 74,1, 22,6, 27,9 bzw. 75,3 nm. Es zeigt an, dass es in CMO-8 und CMO-24 Mesoporen gibt. In den Proben CMO-1, CMO-4 und CMO-24 werden jedoch einige Makroporen nachgewiesen. Wenn Materialien in Superkondensatoren verwendet werden, könnten Mesoporenstrukturen von Materialien auch die Kontaktfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt vergrößern; es gibt mehr ausreichende aktive Zentren für einen effizienten Transport von Elektronen und Ionen im Elektrodensystem [36,37,38]. Daher könnte CMO-12 mit der höchsten BET-Oberfläche und Mesoporenstruktur bessere elektrochemische Eigenschaften aufweisen als andere Proben.

Porengrößenverteilungen und N₂ Adsorptions-Desorptions-Isothermen von Proben

Elektrochemische Charakterisierung

CV-Kurven von CoMoO₄ Abtastungen mit unterschiedlichen Abtastraten von 5–100 mV s ^–1 in 2 M KOH-Elektrolyt mit einem Potenzialbereich von − 0,2 V bis + 0,6 V (gegen Hg/HgO) sind in Abb. 5a –e dargestellt. In allen Kurven sind deutlich die typischen Faradischen Reaktionspeaks zu erkennen, die darauf hinweisen, dass das CoMoO₄ Elektroden sind Pseudokondensatorelektroden. Der beobachtete Redoxpeak ist auf die Charge-Transfer-Kinetik von Co ²⁺ . zurückzuführen und Co ³⁺ verbunden mit dem OH ⁻ im Elektrolyten [8, 26]. Die Redoxreaktion von Co ²⁺ /Co ³⁺ ist wie folgt aufgelistet [39, 40]:

Die CV-Kurven unter verschiedenen Abtastraten von 5, 10, 20, 40, 50 und 100 mV s ⁻¹ von Proben a CMO-1, b CMO-4, c CMO-8, d CMO-12 und e CMO-24 im Potenzialfenster reichte von − 0,2 bis + 0,6 V. f Die spezifische Kapazität von Proben bei unterschiedlichen Abtastraten von 5–100 mV s ^–1 . Der Einsatz in f ist die Auftragung des anodischen und kathodischen Spitzenstroms gegen die Quadratwurzel der Abtastrate

Wie in Abb. 5a–e gezeigt, verschieben sich die Redoxpeaks mit zunehmender Scanrate zu höheren bzw. niedrigeren Potentialen. Die Potentialdifferenz zwischen Oxidationspeaks und Reduktionspeaks nahm auch mit der erhöhten Scanrate zu. Es deutet darauf hin, dass der Irreversibilitätsgrad und die quasi-reversible Reaktion mit zunehmender Scanrate zunehmen [36, 41]. Die Verschiebung hängt hauptsächlich mit dem Innenwiderstand der Elektrode und der Polarisation durch die hohe Scanrate zusammen [36, 42]. Es wurde eine nahezu lineare Beziehung zwischen den Redox-Peak-Potentialen und der Quadratwurzel der Abtastrate beobachtet, die im Einschub von Fig. 5f zu sehen ist. Die annähernd lineare Beziehung weist auch darauf hin, dass die Reaktionskinetik während des Redoxprozesses wahrscheinlich durch den Ionendiffusionsprozess kontrolliert wird [6].

Anhand der CV-Kurven lässt sich die spezifische Kapazität von Proben nach folgender Gleichung berechnen:

$$ {C}_{\mathrm{sp}}=\frac{\int_{V_1}^{V_2} IdV}{m\times v\times \Delta V}, $$ (4)

wobei C _sp (F g ⁻¹ ) ist die spezifische Kapazität, V ₁ und V ₂ sind die Anfangs- und Endspannung, ∫IdV ist die ganzzahlige Fläche von CV-Kurven, m (g) ist die Masse der aktiven Materialien, die auf die Elektrode geladen werden, v (mV s ⁻¹ ) ist die potenzielle Abtastrate und ∆V (V) ist das Sweep-Potentialfenster. Die spezifischen Kapazitäten der Proben wurden basierend auf den CV-Kurven unter Verwendung von Gl. (4), die in Abb. 5f gezeigt sind. Die spezifischen Kapazitäten aller Proben nehmen mit zunehmender Abtastrate ab. Mehr OH ⁻ können das aktive Zentrum mit günstigeren Bedingungen bei niedriger potentieller Scanrate erreichen [31, 43]. Darüber hinaus führt eine höhere Scanrate während des Redoxprozesses entweder zu einer Verarmung oder Sättigung der Protonen im Elektrolyten innerhalb der Elektrode, und nur die äußere Oberfläche könnte zur Ladungsspeicherung genutzt werden [41, 43, 44]. Wenn die hydrothermale Synthesezeit von 1 auf 12 h erhöht wird, zeigen die spezifischen Kapazitäten der Proben einen offensichtlichen Anstieg von 171,3 auf 315,7 F g ⁻¹ bei einer Abtastrate von 5 mV s ⁻¹ . Die spezifische Kapazität sinkt jedoch von 315,7 auf 178,7 F g ⁻¹ wenn sich die Hydrothermalzeit von 12 auf 24 h erhöht. Daher zeigt die CMO-12-Probe (d. h. die Hydrothermalzeit beträgt 12 h) eine ausgezeichnete spezifische Kapazität. Die spezifische Kapazität von 315,7 F g ⁻¹ bei 5 mV s ⁻¹ ist besser als 286 F g ⁻¹ für CoMoO₄ Nanostäbchen [11] und 95,0 F g ⁻¹ für reines CoMoO₄ [45] und vergleichbar mit 322,5 F g ^− 1 für RGO/CoMoO₄ [45].

Eine solche verbesserte elektrochemische Eigenschaft kann durch die folgenden galvanostatischen Ladungs-Entladungs-Tests bestätigt werden. Die GCD-Tests der Proben wurden bei unterschiedlichen Stromdichten von 1, 1,5, 2, 3, 5 und 8 A g ⁻¹ . durchgeführt in 2 M KOH-Elektrolyt, und die Ergebnisse sind in Abb. 6a–e gezeigt. Die nichtlinearen GCD-Kurven könnten auf die Redoxreaktion zurückgeführt werden [46] und dies stimmt mit den CV-Kurven überein. Wie in diesen Kurven gezeigt, ist die Entladezeit von CMO-12 deutlich länger als bei anderen Proben, was auf eine viel höhere spezifische Kapazität von CMO-12 hinweist. Dies konnte durch die folgenden Berechnungsergebnisse weiter bestätigt werden. Die spezifischen Kapazitäten von CoMoO₄ Elektrode kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden:

$$ C=\frac{I\times \Updelta t}{m\times \Updelta V}, $$ (5)

wobei C (F g ⁻¹ ) ist die spezifische Kapazität, I (A) ist der Entladestrom, ∆t (s) bezieht sich auf Entladezeiten, m (g) ist die Masse der aktiven Materialbeladung auf der Elektrodenoberfläche und ∆V (V) ist das angelegte Potentialfenster [6, 8, 26]. Abbildung 6f zeigt die berechnete spezifische Kapazität von Proben bei unterschiedlichen Stromdichten. Mit zunehmender Stromdichte werden die spezifischen Kapazitäten der Proben verringert. Dies kann dem effektiven Kontakt zwischen Ionen und elektroaktiven Stellen der Elektrode zugeschrieben werden. Bei hoher Stromdichte steht nur ein Teil der insgesamt verfügbaren Reaktionsplätze zur Verfügung, da die Elektrolytionen unter einer geringen Diffusion leiden, was zu einer unvollständigen Insertionsreaktion und einer geringen spezifischen Kapazität führt [19, 45]. Aus Abb. 6f können wir sehen, dass das CMO-12 die höchste spezifische Kapazität hat, die 384, 337, 307, 269, 229 und 172 F g ⁻¹ . beträgt bei der Stromdichte von 1, 1,5, 2, 3, 5 und 8 A g ⁻¹ , bzw. Die spezifische Kapazität von CMO-12 zeigt eine gute Ratenfähigkeit. Darüber hinaus ist die spezifische Kapazität von CMO-12 auch höher als die in einigen früheren Literaturstellen berichtete. Wie von Tian et al. [39], die spezifische Kapazität von nadelförmigem Co-Mo-O beträgt 302 F g ⁻¹ bei einer Stromdichte von 1 A g ⁻¹ . Die maximale spezifische Kapazität von CoMoO₄ war ungefähr 133 F g ⁻¹ bei 1 mA cm ⁻² im Artikel von Veerasubramani [26]. In Ref.-Nr. [29], die spezifische Kapazität von α-CoMoO₄ Nanoflocken/FCKW, die als symmetrischer Superkondensator verwendet werden, beträgt nur 8,3 F g ⁻¹ bei Stromdichte von 1 A g ⁻¹ . Außerdem ist eine hohe Entladerate oder eine hohe Stromdichte für ein echtes Superkondensatorgerät, das einen schnellen Lade-Entlade-Prozess beinhaltet, sehr wichtig [43]. Bei einer hohen Stromdichte von 8 A g ⁻¹ , die spezifischen Kapazitäten für die fünf Stichproben sind 97, 109, 148, 172 und 98 F g ⁻¹ , bzw.

Die GCD-Kurven unter verschiedenen Stromdichten von 1, 1,5, 2, 3, 5 und 8 A g ⁻¹ von Proben a CMO-1, b CMO-4, c CMO-8, d CMO-12 und e CMO-24 im Potenzialfenster reichte von − 0,2 bis + 0,58 V. f Die durch GCD-Ergebnisse berechnete spezifische Kapazität von Proben

Die Stabilitäten des CoMoO₄ Elektroden wurden in 2 M KOH-Elektrolyt bei einer Stromdichte von 8 A g ⁻¹ . nachgewiesen für 1000 Zyklen, die in Abb. 7 dargestellt sind. Nach 1000 Zyklen zeigen die fünf Proben eine Retention von 102,9, 87,8, 101,5, 94,2 bzw. 100,5%. Die Erhöhung der spezifischen Kapazität während des zyklischen Lade-Entlade-Prozesses könnte auf die Aktivierung des CoMoO₄ . zurückgeführt werden Oberfläche mit der Zeit [6]. Es macht die Oberfläche von CoMoO₄ vollständiger Kontakt mit dem Elektrolyten, was zur Verbesserung der elektrochemischen Eigenschaften führt [6, 47, 48]. Abbildung 7b zeigt die Coulomb-Effizienz von CoMoO₄ Proben während der 1000 Lade-Entlade-Zyklen, was auch eine hohe spezifische Kapazität zeigt. Die Ergebnisse zeigen, dass alle diese Proben eine gute Langzeitstabilität aufweisen. Die hochspezifische Kapazität, die hohe Ratenkapazität und die gute Langzeitstabilität weisen darauf hin, dass die CMO-12-Probe über ausgezeichnete elektrochemische Eigenschaften verfügt.

a Zyklenleistung der Elektroden bei 8 A g ⁻¹ . b Die entsprechende Coulomb-Effizienz von Proben während des Zyklentests

Zur weiteren Bewertung der elektrochemischen Eigenschaften von CoMoO₄ Elektrode wird der EIS von fünf Proben in 2 M KOH-Elektrolyt aufgezeichnet. Abbildung 8 zeigt die Nyquist-Diagramme von fünf Stichproben. Die Nyquist-Plots repräsentieren den Frequenzgang des Elektroden-Elektrolyt-Systems [26, 49]. Die EIS-Spektren können durch das Ersatzschaltbild, das in Abb. 8 eingefügt wurde, angepasst werden. Der Nyquist-Plot besteht aus einem Halbkreis bei hoher Frequenz und einer Geraden bei niedriger Frequenz. Der Halbkreisdurchmesser bei hoher Frequenz repräsentiert den Ladungstransferwiderstand der Faraday-Schnittstelle (R _ct ), und die Steigung der geraden Linie bei niedriger Frequenz ist der Repräsentant des typischen Warburg-Widerstands (W₀ ) [41] bzw. CPE1 ist ein Element mit konstanter Phase, das für die Doppelschichtkapazität verantwortlich ist [43]. Außerdem ist der Serienwiderstand R _s ist der Innenwiderstand, der aus dem Schnittpunkt der Kurven auf der reellen Achse gewonnen werden konnte [11]. Der gemessene R _s die Werte sind 2,83, 2,41, 1,51, 1,22 bzw. 2,26 Ω für die fünf Stichproben. Und die angepasste R _ct Werte der fünf Stichproben sind 1,69, 1,48, 0,72, 0,23 und 1,28 Ω. Die EIS-Ergebnisse zeigen, dass die CMO-12-Probe niedrigere Werte von R . aufweist _s und R _ct als die anderen vier Proben. Dies weist darauf hin, dass die CMO-12-Probe eine höhere elektronische und ionische Leitfähigkeit aufweist als die anderen Proben [35, 50, 51]. Außerdem hat CMO-12 mit Mesoporenstruktur eine höhere BET-Oberfläche als die anderen Proben. Die hohe BET-Oberfläche und die gute Leitfähigkeit sind für die Redoxreaktion im Elektroden-Elektrolyt-System von Vorteil.

EIS-Spektren von Proben, die bei einer Frequenz von 0,01 Hz bis 100 KHz erhalten wurden. Der Einschub ist die lokale Verstärkung von EIS-Spektren und das Ersatzschaltbild

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das CoMoO₄ Mikrokügelchen wurden erfolgreich durch hydrothermale Wachstumsverfahren in Verbindung mit einer Kalzinierungsbehandlung synthetisiert. Die hydrothermalen Synthesezeiten betragen 1, 4, 8, 12 bzw. 24 h. XRD-Muster zeigen, dass einphasiges CoMoO₄ Struktur erhalten wurde. SEM-Bilder zeigen, dass die Mikrokügelchen aus Nanoflocken bestanden. Das CMO-12, das mit der Hydrothermalzeit von 12 h hergestellt wurde, hat eine hervorragende Superkondensatorleistung gezeigt. Laut GCD-Tests betragen die spezifischen Kapazitäten von CMO-12 384, 337, 307, 269, 229 und 172 F g ⁻¹ bei Stromdichten von 1, 1,5, 2, 3, 5 und 8 A g ⁻¹ , während es gerade einmal 151, 182, 243 oder 186 F g ⁻¹ . erreichte bei der Stromdichte 1 A g ⁻¹ für andere Proben mit anderen Hydrothermalzeiten. Die Haltekapazitäten der CMO-12-Probe nach 1000 Lade-Entlade-Zyklen bei einer Stromdichte von 8 A g ⁻¹ zeigen die feine Langzeitstabilität. Ein solches ausgezeichnetes kapazitives Verhalten könnte der Mikrosphärenstruktur und der hohen BET-Oberfläche zugeschrieben werden, und die gute Leitfähigkeit der CMO-12-Elektrode trägt auch zur Verbesserung des kapazitiven Verhaltens bei. Die hohe spezifische Kapazität, die gute Ratenfähigkeit und die ausgezeichnete Zyklenfestigkeit fördern die praktische Anwendung von CoMoO₄ Materialien in Superkondensatoren.

Abkürzungen

WET:

Brunauer-Emmett-Teller

Lebenslauf:

Zyklische Voltammetrie

EDS:

Energiedispersive Spektroskopie

EIS:

Elektrochemische Impedanzspektroskopie

FE-REM:

Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie

GCD:

Galvanostatische Ladung-Entladung

PTFE:

Polytetrafluorethylen

SAED:

Ausgewählte Bereichselektronenbeugung

SCE:

Gesättigte Kalomelelektrode

TEM:

Transmissionselektronenmikroskopie

XRD:

Röntgenbeugung