Avancées dans les nanostructures d'oxyde de fer pour le stockage d'énergie haute performance

Résumé

La demande pour dispositifs de stockage d'énergie verts et efficients dans la vie quotidienne augmente constamment, due aux problèmes environnementaux et énergétiques mondiaux. Les batteries lithium-ion (BLI), un type important de dispositifs de stockage d'énergie, attirent beaucoup d'attention. Le graphite est utilisé comme anode BLI, cependant sa capacité théorique est faible, il est donc nécessaire de développer des anodes BLI à capacité plus élevée. Les stratégies d'application et progrès de recherche des nouveaux oxydes de fer et leurs composites comme anodes BLI ces dernières années sont résumés dans cette revue. Nous énumérons plusieurs méthodes de synthèse typiques pour obtenir une variété de nanostructures à base d'oxydes de fer, telles que dépôt en phase gazeuse, coprécipitation, méthode électrochimique, etc. Pour la caractérisation des nanostructures à base d'oxydes de fer, surtout la diffraction X in-situ et la spectroscopie Mössbauer ⁵⁷Fe sont élaborées. De plus, les applications électrochimiques des nanostructures à base d'oxydes de fer et leurs composites sont discutées et résumées.

Introduction

Les problèmes mondiaux d'énergie et d'environnement mènent à une demande croissante pour énergie verte hautement efficace, ex: énergie solaire, piles à combustible, batteries lithium-ion (BLI) et modules thermoélectriques, etc. [1-11]. La recherche et développement de systèmes de stockage d'énergie haute performance et faible coût est une solution importante pour ces problèmes. Parmi les dispositifs de stockage d'énergie aux applications larges, les BLI sont d'importants candidats pour système de stockage d'énergie hautement efficace [12-24]. Cependant, l'anode graphite commerciale actuelle a des limitations, ex: capacité théorique relativement faible (372 mA h g⁻¹), et certains matériaux électrochimiquement actifs sont proposés pour application en BLI [25-29]. En 2000, Poizot et al. [30] ont rapporté que les oxydes de métaux de transition (OMT) sont considérés comme anodes importantes en BLI depuis leurs capacités théoriques élevées 2-3 fois celle du graphite. Donc, OMT et composites apparentés attirent beaucoup d'attention comme anodes BLI. Pendant le processus d'insertion/extraction de lithium, les OMT ont la réaction suivante [31].

$${\text{M}}_{x} {\text{O}}_{y} + 2y{\text{e}}^{ - } + 2y{\text{Li}}^{ + } \leftrightarrow x{\text{M}}^{0} + y{\text{Li}}_{2} {\text{O}}$$ (1)

où M représente Ni, Cu, Fe, Co, etc. Pendant l'insertion de lithium, ces oxydes sont réduits par le lithium, et le composite consistant en agrégats métalliques dispersés dans une matrice de Li₂O amorphe est formé [30, 31].

Parmi les OMT, les anodes à base d'oxydes de fer sont d'excellents candidats avec grand potentiel en BLI car ils possèdent tels avantages : abondance, faible coût et non-toxicité [32, 33]. Cependant, comme les autres OMT, les oxydes de fer comme anodes BLI ont deux problèmes critiques. L'un est la grande capacité irréversible, causée par décomposition d'électrolyte et formation de couche d'interface électrolyte solide (SEI) au 1er décharge. De plus, la formation de Fe et Li₂O est thermodynamiquement faisable, et l'extraction d'ion lithium (Li⁺) de Li₂O est thermodynamiquement instable [34], car une partie de Li⁺ ne peut être extraite du Li₂O formé au 1er décharge. Cela résulte aussi en capacité irréversible partielle. L'autre problème est leur faible stabilité cyclique principalement résultant d'une grande variation de volume et agrégation sévère de Fe pendant insertion/désinsertion Li⁺, menant à pulvérisation d'électrodes et décroissance rapide de capacité [3]. Pour solution à ces problèmes, beaucoup d'efforts se concentrent sur les surmonter et approches hautement efficaces sont proposées. De notre connaissance, une stratégie hautement efficace est la nanostructuration des oxydes de fer [3, 35]. Pour certaines nanostructures uniques, la contrainte et variation de volume résultant de l'insertion/désinsertion Li⁺ seront inhibées à grande extent, aussi Li⁺ peut diffuser dans électrodes facilement, menant à performance électrochimique significativement améliorée de l'anode [11]. De plus, matériaux carbonés, ex: fibres de carbone (FC), nanotubes de carbone (NTC), graphène, et carbone pyrolyse, etc. sont introduits pour composite avec oxydes de fer [36,37,38]. La variation de volume des électrodes composites en charge/décharge peut être amortie par ces matériaux carbonés aux structures uniques, donc le contact électronique et la stabilité cyclique des nanostructures d'oxydes de fer sont augmentés.

Dans cette revue, les stratégies récemment développées et mises à jour importantes de recherche sur les oxydes de fer (Fe_1-xO, Fe₂O₃, Fe₃O₄) nanostructures avec applications en BLI et supercondensateurs sont élaborées et résumées. Spécifiquement, nous nous concentrons sur la synthèse et design des nanostructures à base d'oxydes de fer, ainsi que leur performance électrochimique.

Wüstite (Fe_1-xO)

La wüstite (Fe_1-xO) est un composé non-stœchiométrique avec 0 < x < 0,0464 [11]. Elle a structure cubique rocksalt, et sa constante de réseau est ~ 4,330 Å [11]. Fe_1-xO, comparé à Fe₂O₃ et Fe₃O₄, a moins d'applications en stockage d'énergie depuis sa capacité spécifique relativement faible et phase métastable sous 843,15 K qui tend à décomposer en Fe et Fe₃O₄. Cependant, Fe_1-xO, anode très prometteuse pour BLI, a une conductivité électrique plus élevée que celles de Fe₂O₃ et Fe₃O₄.

Synthèse et caractérisation

Autant que nous sachions, le composite d'OMT avec revêtement haute performance a grand potentiel pour anodes BLI haute performance [7]. En BLI, le mécanisme électrochimique de l'anode wüstite est décrit par l'équation suivante [8].

$${\text{FeO}} + 2{\text{Li}}^{ + } + 2{\text{e}}^{ - } \leftrightarrow {\text{Fe}} + {\text{Li}}_{2} {\text{O }}$$ (2)

Des composites FeO/C étaient synthétisés par méthode facile par Gao et al. [31]. Dans leur synthèse, particules α-Fe₂O₃ de taille 30-120 nm étaient mélangées avec noir d'acétylène (AB) de différents pourcentages, et mélange uniforme obtenu par broyage bouletage. Ensuite, le mélange α-Fe₂O₃ et AB était réduit carbothermiquement à 800 °C pendant 10 h sous atmosphère N₂ pour obtenir composites FeO/C uniformes. Le composite FeO/C possède bien plus haute stabilité cyclique que mélange Fe₂O₃/AB. Quand contenu AB est 50 % massique, capacité composite FeO/C est 511 mA h g⁻¹, plus haute que 396 mA h g⁻¹ de Fe₂O₃/AB. De plus, rétention capacité après 50 cycles > 96%, évidemment 70-80% plus haute que Fe₂O₃/AB. C'est croyable que la performance électrochimique supérieure du composite FeO/C devrait résulter de sa conductivité électrique plus haute, résultant de connexion renforcée des particules FeO et AB après réduction carbothermique.

Par la suite, en 2016, Jung et al. [11] ont préparé un composite potassium (K)-FeO/graphène comme anode BLI basé sur NP FeO dopées K par diffusion thermique de K dans Fe₂O₃/graphène par réduction polyol. Cristaux Fe₂O₃ rhomboédriques étaient transformés en cristaux FeO (cubique à faces centrées, FCC), montrant un large d-spacing (5,2 Å) des plans cristallins (111), par calcination de Fe₂O₃/graphène dopé K. Comparé au composite Fe₂O₃/graphène précédemment étudié [11], le K-FeO/graphène montrait capacité décharge 1776 mA h g⁻¹ avec haute stabilité cyclique pendant 50 cycles à densité courant 100 mA g⁻¹, tandis que Fe₂O₃/graphène délivrait capacité décharge 1569 mA h g⁻¹. Même à haute densité courant 18,56 A g⁻¹, capacité K-FeO/graphène restait 851 mA h g⁻¹ après 800 cycles. Cette différence est bien plus grande après cyclage plus long à haute densité courant 18,56 A g⁻¹. Comme montré Fig. 1, comparé au Fe₂O₃/graphène, l'anode K-FeO/graphène a structure cristalline unique et mécanisme réaction. La haute capacité décharge K-FeO/graphène indique que capacité spécifique par stockage Li⁺ additionnel devrait être contribuée par les lacunes et large d-spacing dans réseaux Wüstite par diffusion potassium dans réseaux Fe₂O₃.

Diffraction X in-situ

Par diffraction X in-situ (XRD), l'information de changement structural temps réel pendant processus réaction d'échantillon, et grande quantité d'information comparable peuvent être obtenues en courte période. Elle peut non seulement observer changement structural d'échantillon pendant synthèse, elle peut aussi être utilisée pour détecter changement structural correspondant d'échantillon à différentes températures sous charge/décharge à certain potentiel, ce qui est hautement utile pour surveiller mécanisme réaction réel d'anode/cathode en batterie. En plus, notre groupe a étudié connaissance précise de constante de réseau wüstite requise pour investigation de ses propriétés physiques et chimiques à haute température. Fe_1-xO était synthétisé et caractérisé par diffractomètre X haute température (RINT2000-TTR, Rigaku Denki Co., Ltd.) avec faisceaux parallèles (Fig. 2a) pour mesurer pics diffraction spécifiques, et relation entre composition et constante de réseau wüstite à haute température aussi investiguée. Le processus synthèse wüstite avec α-Fe (95 % massique) et Fe₃O₄ (99 % massique) poudres comme matériaux initiaux est réaction eutectoïde (Fig. 2b). Cette réaction peut se dérouler entre 843,15 et 1673,15 K à certain Pco/Pco₂ puisque wüstite est instable sous 843,15 K, et réactifs sont 19% Fe (% massique) et 81% Fe₃O₄ (% massique). Figure 2c montre diagramme XRD réactifs initiaux (magnétite et fer). Condition expérience décrite Tableau 1. Après purge Hélium (He) gaz (25 ml min⁻¹) dans fourneau système XRD pour 60 min, réactifs chauffés taux constant 10 °C min⁻¹ jusqu'à température échantillons 843,15 K, aussi en atmosphère He débit 25 ml min⁻¹. Puis, gaz He épuisé, et gaz CO/CO₂ avec certain ratio (ex: 1:1 et 1:2) purgé dans fourneau. Après étalonnage haute température par fusion flocons Au, température réelle porte-échantillon obtenue. De 843,15 K à température désirée (1265,28 et 1365,28 K), taux chauffage 2 °C min⁻¹ et XRD employé mesurer échantillon pour confirmation phase wüstite. Quand échantillon réservé température désirée et plupart phase wüstite, angles diffraction plans cristallins wüstite mesurés pendant période 240-420 min, puis température échantillon augmentée 50 °C et restée cette température 60 min. Après ces procédures, température échantillon diminuée à ancienne température désirée et mesure XRD pour angles diffraction plans cristallins wüstite conduite à nouveau période 180-240 min.

La constante de réseau peut être obtenue par extrapolation linéaire des constantes de réseau apparentes à zéro de cette fonction, c'est-à-dire 2 Theta = 180°. Les pics diffraction des plans (111), (200), (220), (311), et (222) cristallins wüstite sont indexés Fig. 2d, e, et diagramme XRD échantillon obtenu à Pco/Pco₂ 1:1 et 1:2 respectivement. Relation entre constante de réseau apparente et fonction Nelson-Riley sous différents Pco/Pco₂ et températures obtenue, comme montré Fig. 2f. Droites représentent carrés ajustement aux données. Par ces droites, constantes de réseau apparentes extrapolées à zéro fonction Nelson-Riley. Donc, comme montré Fig. 2f: résultats vraies constantes réseau obtenues différentes températures et Pco/Pco₂ sont 4,355 Å (1265,28 K, Pco/Pco₂ = 1:1), 4,346 Å (1265,28 K, Pco/Pco₂ = 1:2), 4,362 Å (1365,28 K, Pco/Pco₂ = 1:1) et 4,354 Å (1365,28 K, Pco/Pco₂ = 1:2), respectivement. Comme montré Fig. 2g, constante réseau augmente avec augmentation x de Fe_1-xO, et plus haute température, plus grande constante réseau. Relation entre composition et constante réseau wüstite à haute température obtenue comme Eqs. (3) et (4) suivantes.

$${\text{a}}\,\left( { {\AA} } \right) = 3.919 + 0.474\left( {1 - x} \right){ }\left( {1265.28\,{\text{ K}}} \right)$$ (3)

$${\text{a}}\,\left( { {\AA} } \right) = 3.994 + 0.400\left( {1 - x} \right){ }\left( {1365.28\,{\text{ K}}} \right)$$ (4)

Spectroscopie Mössbauer ⁵⁷Fe

La spectroscopie Mössbauer ⁵⁷Fe implique propriétés du noyau, incluant structure niveau d'énergie noyau et environnement chimique où noyau situé. Donc, elle peut être appliquée pour étudier valence atomes, ionicit liaisons chimiques, nombre coordination, structure cristalline, densité électronique et propriétés magnétiques échantillon. La spectroscopie Mössbauer ⁵⁷Fe est largement utilisée en chimie et matériaux. Ici, nous élaborons spectroscopie Mössbauer ⁵⁷Fe pour caractériser oxydes fer. La spectroscopie Mössbauer ⁵⁷Fe est utilisée pour distinguer et caractériser diverses phases oxyde fer, et surveiller environnement local atomes Fe dans réseau cristallin [39, 40].

Les paramètres hyperfins, tels que décalage isomère (IS), dédoublement quadrupolaire (QS), décalage quadrupolaire (ε_Q) et champ magnétique hyperfin (B_hf) peuvent être obtenus en analysant position raies spectre Mössbauer [41, 42]. Caractéristiques échantillon peuvent être déduites de largeur et asymétrie raies spectrales. Par dépendance température et champ des paramètres hyperfins permet aussi déduire paramètres précieux.

Aldon et al. [42] ont étudié réaction conversion induite lithium de Fe_1-xO utilisant spectroscopie Mössbauer ⁵⁷Fe. Paramètres hyperfins (IS et QS) sont plutôt caractéristiques espèces FeII dans Fe_1-xO antiferromagnétique (T_N = 198 K [43]), montrant absorption paramagnétique typique température ambiante (TA). Comme indiqué spectre Mössbauer ⁵⁷Fe (Fig. 3a), il y a trois doublets élargis avec IS ~ 1 mm s⁻¹ et QS variant ~ 0,50 à 1,50 mm s⁻¹, et leurs aires relatives corrigées contribution magnétique α-Fe. Intensités absorption sont 42, 26 et 15%. Un quatrième doublet centré IS ~ 0,55 mm s⁻¹, QS ~ 0,90 mm s⁻¹ avec aire relative 11% est commun pour espèces FeII^I, comme attendu dans Fe_1-xO non-stœchiométrique. Du rapport FeII/FeII^I, quantité lacunes estimée ~ 0,057 ± 0,008, proche 0,050 par caractérisation XRD. Finalement, doublet situé QS ~ 1,68 mm s⁻¹ et IS ~ 0 mm s⁻¹, correspondant à α-Fe, contribue ~ 6%.

Comparé à Fe₂O₃ et Fe₃O₄, capacité spécifique Fe_1-xO est la plus basse. De plus, sa méthode synthèse est plus compliquée. Dans la plupart cas, réaction réduction haute température inévitable [3,4,5,6, 9, 11]. Comme résultat, Fe_1-xO n'est pas anode BLI idéale comparant Fe₂O₃ ou Fe₃O₄.

Nanostructures à base Fe₂O₃

Parmi ces oxydes fer, surtout Fe₂O₃, attire attention nombreux chercheurs due capacité théorique haute, pouvant atteindre 1000 mA h g⁻¹ [44]. De plus, Fe₂O₃ a avantages distinctifs, comme haute résistance corrosion, faible coût production, respect environnement, non-inflammabilité, non-toxicité et haute disponibilité naturelle [45]. Due ces excellentes propriétés, Fe₂O₃ est hautement prometteur pour applications anodes BLI [46-50]. Ici, aperçu concis développement récent sur synthèse, caractérisation et performance électrochimique nanostructures Fe₂O₃ fourni.

Synthèse et caractérisation

Dernière décennie, énormes efforts exploration méthodes synthèse nanostructures Fe₂O₃. Cette section, nous élaboré et résumé méthodes synthèse nanostructures Fe₂O₃, incluant dépôt phase gazeuse [51], méthode base solution [52], méthode électrochimique [53], traitement thermique [54] et autres méthodes [55, 56]. Aussi, nous comparé différentes méthodes synthèse.

De plus, caractérisation spectroscopie Mössbauer ⁵⁷Fe nanostructures Fe₂O₃ décrite détails. Puisque seulement certains noyaux absorption résonance, spectroscopie Mössbauer ⁵⁷Fe pas interférée autres éléments. Gamme spectroscopie Mössbauer ⁵⁷Fe affectée environnement extranucléaire généralement quelques nanomètres, donc très adaptée caractérisation nanostructure.

Dépôt phase gazeuse

Dépôt phase gazeuse largement appliqué synthèse nombreux films minces et autres nanostructures, comme Fe₂O₃ et autres oxydes fer nanostructures. Dépôt chimique phase vapeur (CVD), dépôt couche atomique (ALD), dépôt physique phase vapeur (PVD), dépôt électrolytique et pulvérisation réactive sont méthodes typiques dépôt phase gazeuse [57-60].

ALD est façon unique synthétiser films minces haute cristallinité, et route moins chère que dépôt phase liquide. Dans processus ALD, réaction chimique chaque couche directement accompagnée ancienne couche. De cette façon, seule une couche déposée par cycle réaction. Par instance, Lin et al. [51] utilisé ALD déposer film α-Fe₂O₃ ultramince haute qualité sur nanonets TiSi₂. Films minces nanoporeux 3D auto-organisés fabriqués Yang et al. [61] par CVD et intégrés dans hétérostructure Fe₂O₃/Fe₃C-graphène. Comme anode BLI, sa capacité taux et cyclabilité peuvent être grandement améliorées par dépôt ce film mince. Cesar et al. [62] déposé films minces nanostructures dendritiques Fe₂O₃ dopés silicium par CVD pression atmosphérique (APCVD), qui produisit photoanodes Fe₂O₃ oxydant eau sous lumière visible avec efficacité sans précédent. Nanostructures dendritiques α-Fe₂O₃ montrèrent surface macroscopique 0,5 cm² [62]. Réseau nanorods α-Fe₂O₃ verticalement alignés cultivé substrat silicium via CVD organométallique (MOCVD) par Wu et al. [63]. De plus, Jia et al. [64] utilisé pulvérisation radiofréquence déposer films ultraminces α-Fe₂O₃.

Bien que dépôt phase gazeuse capable préparer nanostructures Fe₂O₃ haute qualité, il a aussi inconvénients. Par exemple, APCVD et MOCVD ont haute toxicité et inflammabilité dans processus précurseurs.

Méthode synthèse base solution

Méthode synthèse base solution commune et facile fabriquer Fe₂O₃ et autres oxydes fer. Fe₂O₃ avec diverses morphologies, comme nano-fleurs [65], nanosphères [66], nanoparticules [67], nanorods [68], nanotubes [14], nanoronds [69], nanorubans [70], nanoflocons [71], nanofils [72], nanofibres [73], et microboîtes [54], synthétisés par méthode base solution, ex: hydrothermal, solvothermal et sol-gel. Ces méthodes hautement faciles et disponibles. Zhong et al. [65] utilisé méthode solvothermique fabriquer nano-fleurs α-Fe₂O₃ (Fig. 4) via processus auto-assemblage médiqué éthylène glycol. Vayssieres et al. [52] rapporté croissance réseau nanorods α-Fe₂O₃ poreux sur verre conducteur étain fluoré (FTO) par processus hydrothermal. Par croissance hydrothermal précurseur α-Fe₂O₃ sur tiges nanofils SnO₂, nouveau hétérostructure α-Fe₂O₃/SnO₂ six-fold-symétrie ramifié (Fig. 5) synthétisé [74]. Il y a autre technique facile et économique, méthode sol-gel, pour synthétiser nanostructures Fe₂O₃. Woo et al. [68] utilisé méthode sol-gel obtenir nanorods α-Fe₂O₃ par réaction Fe³⁺ ubiquitaire dans micelles inverses. Nanorods obtenus ce mécanisme ont faible dimensionnalité et haute surface spécifique, qui peut être étendu magnétite et wüstite.

Méthode électrochimique

Méthode électrochimique utilisée synthétiser nanostructures Fe₂O₃, ex: dépôt électrochimique appliqué fabriquer nanoparticules Fe₂O₃ [53]. Par anodisation feuillard fer dans solution électrolyte éthylène glycol contenant eau déionisée (DI) et NH₄F à tension 30-60 V, réseau nanotubes α-Fe₂O₃ obtenu [75]. En plus, anodisation électrochimique employée synthétiser réseau nanotubes Fe₂O₃ [76]. Mao et al. [77] rapporté synthèse réseau Fe₂O₃ par dépôt électrochimique. Dans leur travail, fer déposé canaux matrice AAO par dépôt électrochimique, puis matrice AAO enlevée par solution NaOH, et finalement nanorods fer convertis réseau Fe₂O₃. Caractéristique cette recherche est que, changeant durée dépôt, longueur nanorods Fe₂O₃ peut être finement contrôlée.

Traitement thermique

Traitement thermique synthétiser Fe₂O₃ implique deux approches significatives, oxydation thermique et pyrolyse thermique. Par exemple, Zhang et al. [54] préparé microboîtes Fe₂O₃ (Fig. 6) via décomposition oxydative thermiquement induite microcubes bleu Prusse (PB) à 350-650 °C. Approche état solide fournira voie plus facile pour synthèse grande échelle structures creuses anisotropes uniformes comparé méthode base solution largement utilisée. Fe₂O₃ avec différentes morphologies préparées via commande paramètres oxydation thermique. Nanostructures α-Fe₂O₃ par traitement thermique facile précurseurs base fer proposés. Par instance, Rao et Zheng [71] utilisé traitement thermique préparer réseau nanoflocons α-Fe₂O₃ densément alignés.

Pyrolyse thermique autre méthode commune déposer films minces Fe₂O₃. Duret et al. [78] appliqué cette méthode obtenir films feuillets α-Fe₂O₃ mésoscopiques par pyrolyse spray ultrasonique, tandis films fabriqués ont photoactivité plus haute que ceux techniques pyrolyse spray conventionnelles. Aussi, synthèse nanoflocons α-Fe₂O₃, nano-fleurs, nanofils et réseau nanorods via dépôt phase vapeur, dépôt phase liquide et traitement thermique rapporté [63, 71, 72, 79].

Autres méthodes

En 2016, Guivar et al. [55] composé maghémite ordonné lacunes (γ-Fe₂O₃) nanoparticules fonctionnalisées nanohydroxyapatite (nanoHAp), utilisant voie chimique coprécipitation typique. Remarquablement, γ-Fe₂O₃ fonctionnalisé nanoHAp étiqueté γ-Fe₂O₃@HAp formé sans aucun processus thermique comme calcination.

Il y a beaucoup façons synthétiser Fe₂O₃, mais la plupart ne sont pas respectueuses environnement. En 2019, Bashir et al. [56] développé méthode éco-friendly obtenir nanoparticules α-Fe₂O₃, utilisant extrait graines Persea Americana. Ils utilisé deux précurseurs différents préparer deux échantillons α-Fe₂O₃, un échantillon (A) préparé Fe(NO₃)₃·9H₂O, et autre échantillon (B) préparé FeCl₃·9H₂O.

Spectres Mössbauer ⁵⁷Fe échantillons A et B enregistrés 300 K (température ambiante (TA)) présentés Fig. 7. Spectroscopie Mössbauer ⁵⁷Fe très précieuse technique explorer comportement magnétique local et état oxydation atomes fer dans matrice particulière [80]. Les deux échantillons révélèrent ordre magnétique, et affichèrent seulement sextet unique indiquant état magnétiquement ordonné. Tableau 2 montre paramètres Mössbauer ⁵⁷Fe extraits TA, listant IS, ε_Q et B_hf. Les deux échantillons B_hf au-dessus 51 T liés à α-Fe₂O₃ [81]. De plus, valeurs ε_Q aussi cohérentes α-Fe₂O₃. Les deux interactions quadrupolaire indiquent Fe comme Fe³⁺ depuis IS observés 0,3653 mm/s et 0,3754 mm/s échantillons A et B respectivement, sont typiques Fe³⁺ [82]. Donc, valeurs négatives dédoublement quadrupolaire indiquent propriété ferromagnétique faible échantillons A et B, caractéristique phase α-Fe₂O₃ pure.

Performance électrochimique

Cyclage charge/décharge fenêtre tension 0,005-3,0 V (vs. Li⁺) sous densité courant 200 mA g⁻¹ TA montré Fig. 8a. Pendant processus décharge initial, il y a plateforme tension évidente ~ 0,75 V, et elle graduellement déplacée vers plateau tension ~ 1,0 V, et reste stable deuxième et cinquième cycles. Pendant, plateau ambigu observé ~ 1,8 V processus charge. Premier profil décharge qualitativement ressemble résultats Larcher et al. [83] et Morales et al. [84] sur Fe₂O₃ nanoparticules, et Wang et al. [14] sur Fe₂O₃ nanotubes. Performance cyclage trois échantillons (microboîtes Fe₂O₃ hiérarchiques, microboîtes Fe₂O₃ et microboîtes Fe₂O₃ poreuses) décrit Fig. 8b. Après 30 cycles, microboîtes Fe₂O₃ hiérarchiques exhibent plus haute capacité réversible 945 mA h g⁻¹, suivent 872 mA h g⁻¹ microboîtes Fe₂O₃ poreuses, et finalement 802 mA h g⁻¹ microboîtes Fe₂O₃. Résultats démontrèrent trois échantillons affichent excellente stabilité cyclage, et morphologie nanostructurée Fe₂O₃ joue rôle significatif déterminant caractéristiques décharge.

Voltammétrie cyclique (CV) utilisée caractériser cellules avec anode nanoflocons α-Fe₂O₃ dans 0,005-3,0 V sous lent taux balayage (TA). Li métal utilisé contre-électrode et référence [20], cohérent résultats précédemment rapportés [85]. Courbes CV sphères creuses α-Fe₂O₃ entre 5 mV et 3 V à taux balayage 5 mV s⁻¹ présentées Fig. 8c. Il y a pics courant redox apparents, et démontrent bonne réversibilité réaction électrochimique. Comme montré Fig. 8d, plateau tension distinct peut être découvert ~ 0,75 V, cohérent courbes CV. Profils tension charge-décharge reflètent capacité stockage lithium α-Fe₂O₃. Première capacité décharge cyclique et capacité charge est 1219 mA h g⁻¹ et 877 mA h g⁻¹ respectivement, qui mènent à perte capacité irréversible relativement faible 28%. Au deuxième cycle, efficacité coulombique augmentée rapidement 89%. Performance cyclage deux échantillons démontrée Fig. 8e. Échantillon (I) exhibe excellente rétention capacité cyclique depuis deuxième cycle. Après 100 cycles charge/décharge, capacité réversible encore aussi haute 710 mA h g⁻¹. Comparé microparticules α-Fe₂O₃, uniques sphères creuses α-Fe₂O₃ hiérarchiques apparemment ont performance stockage Li améliorée, et rétention capacité cyclique plus stable et capacité réversible plus haute réalisées. Cette performance supérieure peut être attribuée sous-unités nanosheets minces qui fournissent transport rapide et efficace Li⁺, ainsi qu'intérieur creux unique qui permet matériau amortir efficacement stress généré pendant charge/décharge.

Oxydes fer sont bon marché, abondants et compatibles environnement, et Fe₂O₃ a excellente performance électrochimique. Certaines études ci-dessus ont montré que nanostructures Fe₂O₃ peuvent être anode alternative remplacer graphite actuellement utilisé en BLI. Nanostructuré Fe₂O₃ grand potentiel anode BLI [86-95]. Récemment, plusieurs études sur anode Fe₂O₃ dans supercondensateurs asymétriques rapportées [96-100]. Cependant, faible surface spécifique et mauvaise conductivité électrique sont encore deux problèmes critiques limitant capacitance spécifique et densité puissance Fe₂O₃. Pour solutions ces problèmes, NTC et FCN considérés matrices conductrices charger nanoparticules Fe₂O₃ pour réaliser performance améliorée [101]. Tableau 3 résume certaines nanostructures Fe₂O₃ typiques avec leur synthèse et performance électrochimique.

Nanostructures à base Fe₃O₄

Magnétite (Fe₃O₄) et nanostructures composites Fe₃O₄ avec pseudocapacitance, haute capacité théorique, respect environnement et faible coût, sont extensivement appliquées absorption onde électromagnétique [106], BLI [3, 12, 15], dispositifs biotechnologiques [107, 108], et supercondensateur [4, 109]. Nanoparticules Fe₃O₄ est une des anodes haute performance dispositifs électrochimiques. Malheureusement, nanostructures Fe₃O₄ font encore face certains problèmes, comme variation volume sévère (~ 200%) pendant insertion et extraction Li⁺ et conductivité électrique relativement faible, posant influence négative sur stabilité cyclique [19, 110, 111]. De résultats recherche, nous trouvons que structure et morphologie Fe₃O₄ ont haute influence sur performance électrochimique Fe₃O₄ et composites Fe₃O₄ base.

Synthèse et caractérisation

Récemment, ingénierie nanostructure démontrée approche hautement efficace obtenir performance électrochimique améliorée Fe₃O₄ et composites Fe₃O₄ base. Donc, diverses nanostructures incluant nanoparticules 0D [112], nanorods/fils 1D [113, 114], nanoflocons/feuilles 2D [115, 116], architectures hiérarchiques/poreuses 3D [117, 118], et nanostructures hybrides oxydes fer [16] proposées. Performance électrochimique nanostructures Fe₃O₄ peut être optimisée par design rationnel leur morphologie, composition, porosité et caractéristiques surface.

Méthode synthèse phase solution voie facile et rapide obtenir nanostructures Fe₃O₄ base, à cause avantages associatifs, comme basse température synthèse (toujours sous 250 °C), facile contrôle morphologie via ajustement conditions hydrothermal (ex: PH, densité réactif et dosage agent actif, etc.). Méthode synthèse phase solution inclut synthèse solvothermique [119], thermolyse [120], coprécipitation [121], processus sol-gel [122, 123], micro-émulsion [124], etc. Simultanément nous comparons avantages et inconvénients ces méthodes.

Synthèse solvothermique

Synthèse solvothermique, qui réagit dans vaisseau réaction fermé spécial, est une méthodes communément utilisées pour synthétiser Fe₃O₄. Dans environnement hermétique, c'est méthode facile utilisant solution aqueuse comme milieu réaction à haute température et haute pression hermétique. Nanostructures Fe₃O₄ avec diverses morphologies (0D, 1D, 2D et 3D) synthétisées appliquant cette approche.

An et al. [119] obtenu nanofils Fe₃O₄/graphène par synthèse solvothermique et calcination avec FeCl₃, NH₄VO₃ et graphène comme précurseurs. Transition phase Fe₃O₄/VO_x (FVO) après recuit confirmée par XRD. Pour diagramme XRD échantillon sans recuit, tous pics diffraction FVO et graphène décoré FVO correspondent FeVO₄·1,1H₂O. Pour diagramme XRD échantillon après recuit, il n'y a pics aucun oxydes vanadium. Et résultat plasma couplé inductivement haute fréquence (ICP) indiqué rapport molaire Fe et V ~ 0,94:1, confirmant existence oxyde vanadium amorphe.

Mu et al. [125] rapporté nanoflocons Fe₃O₄ dispersés sur nanofibre carbone par combinaison électrofilage et processus solvothermique. Dans ce travail, nanoflocons Fe₃O₄ uniformément attachés surface nanofibre carbone avec diamètre environ 500 nm.

Nanoparticule Fe₃O₄ haute surface spécifique via FeCl₃ et éthanolamine organique (ETA) comme précurseurs rapporté Wang et al. [126]. Dans cette préparation, ETA facteur critique composant nanoparticules Fe₃O₄ haute surface spécifique, et Fe³⁺ graduellement réduit Fe²⁺ par ETA pendant processus dissolution, démontrant Fe²⁺ augmenté comme augmentation temps ultrasonication. Ratio ETA et FeCl₃ a grand impact taille grain nanoscale et surface spécifique Fe₃O₄. Et résultats montrèrent taille grain 20-40 nm obtenue avec 60 mL ETA et 6 mmol FeCl₃. Quand quantité ETA 80 mL, nanoparticules plus petites (5-10 nm) obtenues.

Autre travail représentatif rapporté Chen et al. [127], dans lequel nanosheets graphène décorés nanoparticules Fe₃O₄ (USIO/G) synthétisés utilisant processus solvothermique facile. Pour synthèse composite USIO décoré oxyde graphène réduit (RGO), utilisé FeCl₃·H₂O précurseur, puis NaHCO₃ et acide L-ascorbique ajoutés former USIO/G. Dans ce processus, acide L-ascorbique oxydé acide déhydroascorbique (DHAA) par certains Fe³⁺, qui réduits Fe²⁺. Processus formation USIO/G schématiquement montré Fig. 9. Nanoparticules Fe₃O₄ avec distribution uniforme, bénéfiques pour conductivité électrique graphène, atténuation expansion volume Fe₃O₄, et facilitation particules Fe₃O₄ dans électrolyte.

Xiong et al. [128] type microsphères Fe₃O₄ creuses hiérarchiques (H-Fe₃O₄) préparées par décomposition thermique contrôlée précurseur alcoxide fer. Dans réaction classique, éthylène glycol (EG) sert réactif réduction qui partiellement réduit Fe³⁺ à Fe²⁺ avec acétate sodium (NaAc), et polyvinylpyrrolidone (PVP) [128]. Pour cette synthèse, PVP servit stabilisateur surface, qui a rôle important formation et transformation intérieurs creux.

Avec développement synthèse solvothermique, elle émergeant comme méthode efficace avec avantages faible consommation énergie, peu réunion et facile contrôler forme, etc. Chen et al. [129] synthétisé nanosphères Fe₃O₄ enchevêtrées poly(acide acrylique) (PAA) par méthode solvothermique facile. Dans leur synthèse, éthylènediamine crucial contrôle uniformité nanosphères, et molécules PAA servaient source carbone qui transforme matrice carbone par traitement chauffage atmosphère inerte. Comme montré image MEB nanosphères C-Fe₃O₄ préparées, particules sphériques très uniformes diamètre 150-200 nm synthétisées. Observé images MEB Fig. 10a, nanosphères contiennent petites particules irrégulières, et ont surface relativement rugueuse. Dans expérience contrôle sans éthylènediamine (EDA), particules synthétisées beaucoup moins uniformes avec distribution taille plus large 100-500 nm, permettant formation nanosphères plus petite taille.

Coprécipitation

Due son rapport coût-efficacité élevé, respect environnement, et protocole synthèse facile, coprécipitation est approche générale pour nanoparticules Fe₃O₄. Ainsi, dans systèmes batterie rechargeable base fer, nanomatériaux Fe₃O₄ sont particulièrement adaptés applications électrochimiques grande échelle pour résoudre besoin énergie société moderne.

Li et al. [121] proposé polyèdre Fe₃O₄ comme anode BLI pour batteries secondaires alcalines par coprécipitation. Température recuit fait haut effet sur performance physique et électrochimique nanomatériaux Fe₃O₄. Fe₃O₄ recuit 700 °C exhiba performance électrochimique plus haute, comme capacité décharge spécifique plus haute 604,2 mA h g⁻¹ avec efficacité charge 83,9% à 120 mA g⁻¹. Ooi et al. [130] démontré nanoparticules Fe₃O₄ octaédriques utilisant voie solvothermique facile. Image microscope électronique balayage (MEB) nanoparticules Fe₃O₄ montrée Fig. 10b, qui représente nanoparticules Fe₃O₄ octaédriques avec longueur moyenne 93 ± 18 nm préparées par méthode hydrothermale, montrant distribution taille grossièrement gaussienne. Ensuite, structure cristalline nanoparticules octaédriques peut être évaluée par HRTEM, et composition échantillon bulk peut être caractérisée par XRD et spectroscopie photoélectronique rayons X (XPS).

Thermolyse

Thermolyse est petits nanocristaux magnétiques monodisperses synthétisés par composés organométalliques dans solvants point ébullition haut contenant agent stabilisant. Précédents corps organométalliques incluent composés métal acétylacétone, métal cupferron, ou métal carbonyl, et généralement choisissent acides gras, acide oléique, ou amine hexadécyl comme surfactant. Zhang et al. [120] rapporté nanocristaux Fe₃O₄ ultrafins uniformément encapsulés dans réseaux carbone bidimensionnels (2D) par thermolyse précurseur Fe(C₅H₇O₂)₃ à 350 °C sous vide, nommés réseaux 2D Fe₃O₄/C. Ce processus facile utilisant précurseur faible coût proposa approche verte préparer composite Fe₃O₄/carbone. De plus, comparé composites Fe₃O₄/carbone rapportés, taille particule Fe₃O₄ contrôlable et taille ∼ 3 nm peut être obtenue.

Bénéficiant effets synergiques réseaux carbone excellente conductivité électrique et particules Fe₃O₄ ultrafines distribution uniforme, haute capacité réversible, excellente capacité taux et cyclabilité supérieure à tension 0,01-3,0 V (vs. Li/Li⁺) obtenues. Nanoparticules avec noyaux unique oxyde fer (Fe₃O₄) et coquilles oxyde zinc (ZnO) préparées Jaramillo et al. [131]. Nanoparticule Fe₃O₄ synthétisée par méthode thermolyse utilisant Fe(C₅H₇O₂)₃ comme corps organométallique presoma, triéthylène glycol comme agent surface actif, et nanoparticules cœur-coquille Fe₃O₄@ZnO synthétisées avec succès utilisant méthodologies directes. Propriétés structurales et optiques matériaux caractérisées utilisant combinaison diffraction rayons X, microscopie électronique, et spectroscopie lumière. Important, pureté phases noyau et coquille nanoparticules Fe₃O₄@ZnO confirmée par XRD et TEM, et coquille ZnO montrée augmenter transparence nanoparticules cœur-coquille relative nanoparticules monoc composant Fe₃O₄. Zhang et al. [132] démontré composite Fe₃O₄-graphène haute cristallinité par réaction une-étape thermolyse. Et ils démontrèrent que fixation complexe fer-organique avec feuilles oxyde graphène (GO) peut facilement résulter composites graphène magnétiques via processus calcination temps-dépendant.

Processus sol-gel

Méthode spécifique utilisant alcoxide métal, composé minéral métal ou mélange deux substances ci-dessus pour hydrolyse et polymérisation, gel uniforme graduellement, puis condenser en gel transparent, cependant, après séchage et chauffage, finalement poudres ultrafines oxyde reçues. Tang et al. [122] préparé film mince magnétite nanostructuré par méthode sol-gel utilisant précurseur chlorure fer (II) peu coûteux. Nanoparticules Fe₃O₄ préparées 300 °C, cependant, α-Fe₂O₃ généré quand température augmentée 350 °C, et ce résultat restreint ses applications. Xu et al. [123] proposé nanoparticules magnétite par vertu processus sol-gel combiné recuit vide 200-400 °C utilisant nitrate ferrique non-toxique et peu coûteux. Dans leur étude, nanoparticules Fe₃O₄ avec diverses tailles peuvent être synthétisées facile en variant température recuit.

Méthode micro-émulsion

Micro-émulsion composée deux liquides miscibilité mutuelle mélange stabilité thermodynamique et dispersion isotrope, un de ces ou deux sortes liquide appelé micro zone, et fixé par couche interface molécules surfactant. Facteurs clés contrôlant solution réaction contiennent concentration, valeur pH, temps réaction et température. Micro-émulsion comme expansion rapide nouvelle technologie possède nombreux avantages. Par exemple, haute pureté et distribution taille particule uniforme dopant moléculaire synthétisé basse température et processus réaction simple. Mais il y a aussi certains inconvénients, par instance, système réaction contient mostly solvants organiques, ce qui mène à coût élevé, pollution santé environnement et long temps réaction. Nanoparticules Fe₃O₄ préparées ont excellente performance catalytique synthèse quinoxaline différents solvants. Nouveaux nanocomposites magnétiques cœur-coquille Fe₃O₄/silice avec triblock-copolymère greffé leur surface (Fe₃O₄@SiO₂@MDN) synthétisés avec succès combinant processus sol-gel avec approche copolymérisation radicalaire aqueuse amorcée [133]. Microsphères Fe₃O₄@SiO₂@MDN synthétisées en trois étapes suivantes. Premièrement, microsphères magnétiques Fe₃O₄ initiales synthétisées par réaction solvothermique. Puis processus sol-gel utilisé préparer microsphères Fe₃O₄ revêtues silice (Fe₃O₄@SiO₂), et fine couche silice amorphe formée sur microsphères Fe₃O₄. Après, microsphères Fe₃O₄@SiO₂ modifiées par 3-(méthacryloxypropyl) triméthoxysilane (MPS). Finalement, triblock copolymère fabriqué par copolymérisation radicalaire phase aqueuse entre MPS, divinylbenzène (DVB) et N-Vinyl-2-pyrrolidone (NVP) sur surface Fe₃O₄@SiO₂. Particules magnétiques Fe₃O₄ avec distribution taille étroite ont forme quasi sphérique et surface lisse. Li et al. [124] rapporté nanoflocons Fe₃O₄ hexagonaux et triangulaires monodisperses par approche solvothermique microémulsion deux-étapes, dans laquelle nanoparticules Fe₃O₄ uniformes préparées et puis ces nanocristaux hydrophobes dispersés dans environnement microémulsion uniforme comme « graines » pour re-croissance par processus solvothermique secondaire. Dans première étape, nanoparticules Fe₃O₄ quasi-sphériques monodisperses 7-8 nm formées par processus cinétiquement contrôlé. Dans deuxième étape, formation nanoflocons Fe₃O₄ anisotropes est processus thermodynamiquement contrôlé et toutes surfaces exposées nanoflocons triangulaires et hexagonaux sont plans cristallins (111), qui ont énergie surface la plus basse pour Fe₃O₄ FCC.

Autres méthodes

Méthodes physiques aussi voies significatives préparer nanostructure Fe₃O₄ pour anode BLI. Plusieurs avantages, comme bonne cristallinité, taille particule finement ajustée, et haute pureté produits sont soulignés littératures récentes. Mais ces méthodes demandent usually équipement avancé et coûteux, résultant coût plus élevé, dispensabilité particules pauvre, et agglomération nanostructures. Par instance, Du et al. [109] fabriqué supercondensateur asymétrique carbone activé (CA)-Fe₃O₄ nanoparticules, et nanostructure Fe₃O₄ préparée par méthode micro-ondes. Précurseur, FeSO₄·7H₂O et NH₃·H₂O solution mélangée, chauffée four micro-ondes. Précipité noir séparé par aimant et lavé répétitivement eau DI. Propriétés microstructurales nanoparticule préparée caractérisées par adsorption azote (Quantachrome NOVA 2000), XRD et MEB [109]. Chen et al. [127] synthétisé nanosheets graphène décorés nanoparticules Fe₃O₄ ultra-petites (USIO/G). Seo et al. [134] rapporté usage intégré particules magnétiques processus aval microalgues, spécifiquement récolte microalgues et extraction lipides par pyrolyse spray aérosol une-étape et appliqué récolte microalgues et piégeage lipides sériel microalgues. TEM/EDS, XPS, et analyse FT-IR suggéraient que fonctionnalités cationiques et lipophiliques provenaient pas complètement décomposé PVP, due courte temps résidence réacteur. Kang et al. [135] proposé nanocristaux Fe₃O₄ confinés mousse carbone méso-cellulaire (MSU-F-C) par approche « hôte-invité » et appliqué comme anode BLI. Dans cette étude, précurseur Fe(NO₃)₃·9H₂O imprégné dans MSU-F-C ayant pores cellulaires uniformes avec diamètre ~ 30 nm, suivi traitement chauffage 400 °C pendant 4 h argon (Ar) atmosphère. Nanocristaux Fe₃O₄ taille 13-27 nm fabriqués inside pores MSU-F-C. Existence carbone most likely permet réduction certains Fe³⁺ à Fe²⁺ ions par processus carbothermoréduction. Performance physique et structure pores MSU-F-C et composites Fe₃O₄-chargés caractérisés par sorption azote, et composites ont capacités hautes ∼800-1000 mA h g⁻¹ à 0,1 A g⁻¹ (∼0,1 C taux), haute capacité taux et bonne performance cyclage.

Application

Fe₃O₄ possède beaucoup propriétés uniques, et est hautement prometteur pour applications BLI et supercondensateurs [136-142]. Tableau 4 résume certaines applications.

Batteries Lithium-Ion

Due réaction conversion Fe₃O₄ pendant processus charge/décharge et autres avantages, Fe₃O₄ est usually étudié et appliqué comme anode BLI [143-147]. Pour OMT, ils ont capacité théorique plus haute (~ 500-1000 mA h g⁻¹) que graphite conventionnel (environ 372 mA h g⁻¹). De plus, Fe₃O₄ a conductivité supérieure comparée autres oxydes métaux transition. Ainsi, il est bien focalisé par études récentes. Il a été rapporté que électrodes composites avec graphène ont haute performance due leur grande surface spécifique, haute conductivité électrique et structure adaptative ou flexible pour haute fiabilité. Qiu et al. [3] rapporté type anode composite composée nanoparticules Fe₃O₄ ultra-dispersées (3-8 nm) et feuille RGO. Elle a excellente performance cyclique (624 mA h g⁻¹ jusqu'à 50 cycles charge/décharge à densité courant 0,1 A g⁻¹), et bonne capacité spécifique (624 et 415 mAh g⁻¹ à 0,1 et 2,4 A g⁻¹, respectivement) pour BLI. Obtenu Fe₃O₄/RGO exhiba haute et ultra-stable activité Photo-Fenton (Fig. 11).

Carbone pyrolyse aussi bon « compagnon » pour anodes Fe₃O₄. En plus protocole facile, structure poreuse formée par pyrolyse exhibe toujours haute capacité spécifique anode composite Fe₃O₄. Wang et al. [12] rapporté nanocages creux N-dopés Fe₃O₄/C porosités hiérarchiques par carbonisation nanocristaux PB revêtus polydopamine comme anodes BLI (Fig. 12). Capacité spécifique nanocages N-dopés Fe₃O₄/C ~ 878,7 mA h g⁻¹ après 200 cycles à densité courant 200 mA g⁻¹, bien plus haute que nanocages N-dopés Fe₃O₄/C dérivés PB pur (simplement 547 mA h g⁻¹). Il est aussi désirable designer structure anisotrope nanoparticules Fe₃O₄ avec couche carbone revêtue. Zhang et al. [19] rapporté type nanofuseaux Fe₃O₄ revêtus carbone dérivés nanofuseaux α-Fe₂O₃ avec longueur environ 500 nm et rapport axe ~ 4. Suivi par méthode synthèse hydrothermal avec glucose, anode BLI obtenue délivra haute capacité réversible ~ 745 mA h g⁻¹ à C/5 et ~ 600 mA h g⁻¹ à C/2.

Travail le plus impressionnant vers ce champ est probablement agrégats nanoparticules oxyde fer mésoporeux avec revêtement carbone rapporté Lee et al. [148]. Après quelques cycles, formation SEI grandement améliora stabilité interface entre électrode et électrolyte. Test électrochimique exhiba capacité spécifique haute 970 mA h g⁻¹ pour BLI.

Supercondensateurs

Fe₃O₄ est candidat hautement prometteur pour électrode supercondensateur à cause sa conductivité électrique relativement haute, réaction redox réversible rapide, faible coût et nature éco-friendly [149-152]. Similaire batteries, supercondensateurs haute performance requièrent aussi deux facteurs: grande surface spécifique et stabilité long terme. Ces deux caractéristiques usually atteintes par construction certaines structures poreuses et couches carbone revêtues. Nanoparticule Fe₃O₄ haute surface spécifique synthétisée Wang et al. [126] utilisant approche bottom-up. Chlorure ferrique d'abord soniqué avec éthanolamine puis traité par réaction solvothermique. Nanomatériaux actifs obtenus montrèrent surface spécifique 165,05 m² g⁻¹ et capacitance spécifique 207,7 F g⁻¹ à 0,4 A g⁻¹.

Aussi, nanoflocons Fe₃O₄ hautement dispersés sur CNF 1D rapporté Mu et al. [125]. Composites Fe₃O₄/CNFs montrèrent capacitance spécifique plus haute que Fe₃O₄ pur dans 1 M Na₂SO₃. Pour davantage agrandir capacitance spécifique et stabilité cyclage, sphères carbone poreuses hiérarchiques avec Fe₃O₄ comme supercondensateurs exhibèrent capacitivité haute 1153 F g⁻¹ à 2 A g⁻¹ et capacitance spécifique haute 514 F g⁻¹ à 100 A g⁻¹. En plus, supercondensateur asymétrique assemblé avec sphères creuses double-coquille carbone et Fe₃O₄, a excellente stabilité cyclage (96,7% rétention après 8000 cycles) et haute densité énergie (17-45 Wh kg⁻¹) à densité puissance 400-8000 W kg⁻¹ [4].

Conclusion

Oxydes fer (Fe_1-xO, Fe₂O₃, Fe₃O₄) nanostructures base ont capacités spécifiques bien plus hautes que anodes base carbone commercial. Ils sont considérés comme candidats hautement prometteurs pour anodes BLI. Cependant, grande capacité irréversible et faible stabilité cyclique sont deux problèmes sérieux obstruant application nanostructures base oxydes fer. Dans cette revue, nous résumé progrès récents sur nouveaux oxydes fer et leurs composites comme anodes BLI et électrodes supercondensateur. Plusieurs méthodes synthèse typiques divers nouveaux oxydes fer nanostructures listées. En comparant performance électrochimique ces divers nanostructures base oxydes fer, certaines stratégies attendues pour résoudre problèmes nanostructures base oxydes fer.