Synthèse de nanocages cubiques Ni(OH)2 via une gravure coordonnée et une route de précipitation pour des supercondensateurs hautes performances

Résumé

La conception rationnelle de la structure en forme de cage est une méthode efficace pour l'amélioration des performances capacitives des hydroxydes de métaux de transition. Dans ce travail, des nanocages Ni(OH)2 cubiques (Ni(OH)2 NCs) ont été construites par une voie de gravure et de précipitation de coordination (CEP). Ni(OH)2 NCs possèdent des sites actifs abondants, des canaux de diffusion suffisants et un taux de transfert d'électrons accéléré, qui sont bénéfiques pour la cinétique électrochimique. En tant qu'électrode positive pour supercondensateurs, l'électrode Ni(OH)2 NCs/Mousse de Ni (NF) présente une capacité spécifique élevée de 539,8 F g⁻¹ à 1 A g⁻¹ , ce qui est beaucoup plus grand que celui des Ni(OH)2 NCs/NF brisés (Ni(OH)2 BNCs/NF, 87,3 F g⁻¹ à 1 A g⁻¹ ). De plus, l'électrode Ni(OH)2 NCs/NF conserve encore 96,9% de sa capacité spécifique initiale après 2000 cycles. Les dispositifs de supercondensateurs asymétriques (ASC) ont été assemblés en utilisant Ni(OH)2 NCs/NF et du charbon actif (AC)/NF comme électrodes positives et négatives, respectivement. L'ASC présente une densité énergétique plus élevée de 23,3 Wh kg⁻¹ à une densité de puissance de 800 W kg⁻¹ par rapport à Ni(OH)2 BNC/NF (3 Wh kg⁻¹ à 880 W kg⁻¹ ). Ces résultats démontrent que l'électrode Ni(OH)2 NCs/NF présente des applications potentielles dans le domaine du stockage d'énergie. La conception de la structure en forme de cage ouvre un moyen efficace d'obtenir des matériaux d'électrode haute performance.

Contexte

Pour surmonter les défis de la pollution de l'environnement et de la crise énergétique, il existe des demandes importantes pour développer des dispositifs de stockage d'énergie sûrs, renouvelables, propres et hautes performances comme alternatives aux combustibles fossiles [1, 2]. Les supercondensateurs possèdent d'excellentes caractéristiques pour répondre à ces problèmes, telles qu'une capacité de puissance élevée (10 à 20 fois celle des batteries), des performances à haut débit, un temps de charge court et une nature respectueuse de l'environnement [3, 4]. Les condensateurs électriques à double couche (EDLC) et les pseudocondensateurs (PC) sont les deux types de supercondensateurs couramment recherchés. À l'intérieur, les PC régis par redox sur/près de la surface des électrodes d'oxyde/hydroxyde de métal de transition ont toujours une densité d'énergie plus élevée que les EDLC et sont devenus les sujets brûlants dans ce domaine [5,6,7,8,9,10]. En tant qu'hydroxyde de métal de transition typique, Ni(OH)₂ a été signalé comme un matériau d'électrode haute performance pour PC en raison du couple redox de Ni³⁺ /Ni²⁺ en milieu alcalin [11, 12]. Néanmoins, la capacité spécifique acquise de Ni(OH)₂ est toujours très inférieure à la valeur théorique en raison de l'utilisation insuffisante des matériaux d'électrode.

Inspiré par la cinétique, les performances capacitives des matériaux d'électrode peuvent être médiées par la conception de la microstructure et de la morphologie. Des efforts considérables ont été consacrés à la synthèse de Ni(OH)₂ matériaux d'électrode avec des microstructures uniques pour obtenir des performances de stockage à haute efficacité [13, 14]. Dans ce cadre, la construction d'une structure poreuse creuse en forme de cage a été considérée comme une méthode efficace pour obtenir des électrodes de haute performance. Plus précisément, une structure en forme de cage peut utiliser pleinement la surface intérieure et extérieure et fournir suffisamment de sites redox-actifs, conduisant à une capacité spécifique améliorée. De plus, la coque poreuse offre des quantités de chemins de diffusion pour l'électrolyte, ce qui est bénéfique pour la réversibilité de l'électrode, résultant en une excellente stabilité de cyclage et des performances à haut débit. En ce qui concerne la cinétique de transfert d'électrons, la couche mince de taille nanométrique affine la route de transfert des électrons et accélère le taux de transfert d'électrons [15, 16]. Ainsi, des performances capacitives plus élevées de Ni(OH)₂ peut être obtenu grâce à la conception d'une architecture poreuse creuse en forme de cage.

Le processus chimique modélisé est la méthode couramment utilisée pour préparer des architectures en forme de cage [17, 18]. Les produits finaux peuvent reproduire avec précision la forme géométrique des modèles et conserver une morphologie bien définie avec une distribution de taille étroite [19, 20]. Dans ce travail, Ni(OH)₂ Les CN ont été fabriqués à l'aide de Cu₂ cubique Les cristaux d'O en tant que modèles sacrificiels à travers le thiosulfate impliquaient le principe de gravure et de précipitation de coordination (CEP). Le Ni(OH)₂ synthétisé NCs/NF a été utilisé comme électrode positive pour les supercondensateurs et Ni(OH)₂ Les BNC/NF ont été introduits comme échantillon de contraste pour confirmer les avantages structurels de l'architecture en forme de cage. Ni(OH)₂ NCs/NF affiche une capacité spécifique élevée de 539,8 F g⁻¹ à 1 A g⁻¹ , qui est beaucoup plus grande que celle de Ni(OH)₂ BNC/NF (87,3 F g⁻¹ à 1 A g⁻¹ ). Le dispositif de supercondensateur asymétrique (ASC) présente une densité d'énergie élevée de 23,3 Wh kg⁻¹ à 800 W kg⁻¹ , et cette valeur est bien supérieure à celle de Ni(OH)₂ BNC/NF//AC (3 Wh kg⁻¹ à 880 W kg⁻¹ ). Les résultats révèlent que Ni(OH)₂ L'électrode NCs/NF présente une perspective intéressante dans les supercondensateurs. La manière de concevoir une architecture poreuse creuse en forme de cage est également significative dans d'autres domaines, tels que les capteurs et les catalyseurs.

Méthodes/Expérimental

Préparation de Cu₂ Modèles O

Cu cubique₂ Les cristaux d'O ont été synthétisés selon notre précédent rapport [21]. Cinquante millilitres de solution de NaOH (2 M) ont été ajoutés dans le CuCl₂ agité ·2H₂ O (500 ml, 0,01 M) en 3 min à 55 °C. Après agitation pendant 30 min, 50 mL de solution d'acide ascorbique 0,6 M ont été ajoutés goutte à goutte. Les échantillons finaux ont été centrifugés après 3 h et séchés sous vide.

Synthèse de Ni(OH)₂ CN

400 mg Cu₂ O modèles et différents dosages de NiCl₂ Les poudres ont été versées dans un bécher de 1000 ml contenant 400 mL d'eau mélangée et d'alcool (rapport volumique = 1:1). Le rapport massique de Cu₂ O modèles et NiCl₂ les puissances sont contrôlées comme 5:1, 2,5:1, 1,67:1 et 1,25:1 (correspondant NiCl₂ la posologie est de 80 mg, 160 mg, 240 mg et 320 mg, respectivement). Après un traitement aux ultrasons pendant 10 min, 13,2 mg de polyvinylpyrrolidone (PVP) ont été dispersés dans la solution sous agitation. Après 30 min, 160 mL 1 M Na₂ S₂ O₃ a été ajouté goutte à goutte dans la solution à température ambiante. Après 3 h, les produits finaux ont été collectés par centrifugation et séchés à l'étuve. Ni(OH)₂ Les BNC ont été obtenus par traitement aux ultrasons de Ni(OH)₂ NCs pour 2 h dans l'alcool (Fichier supplémentaire 1 :Figure S1).

Caractérisation des matériaux

La structure et la composition chimique des produits ont été analysées par diffraction des rayons X sur poudre (XRD, Rigaku D/Max-2400) en utilisant le rayonnement Cu Kα et la spectroscopie photoélectronique à rayons X ESCALAB 250Xi (XPS, USA). Les morphologies des produits ont été étudiées sur une microscopie électronique à balayage à émission de champ Zeiss Gemini 300 (FESEM). Des observations au microscope électronique à transmission (MET) ont été réalisées sur un appareil FEI F20. La surface spécifique et la caractéristique poreuse ont été mesurées sur un instrument Belsort-max.

Mesures électrochimiques

Toutes les mesures électrochimiques ont été effectuées sur une station de travail μIII Autolab dans du KOH 3 M avec une feuille de Pt (1 cm × 1 cm) et Ag/AgCl (KCl saturé) comme contre-électrodes et électrodes de référence, respectivement. Les électrodes de travail ont été construites selon les procédures suivantes :tout d'abord, les matériaux des électrodes (Ni(OH)₂ NCs obtenus à différents temps de réaction et Ni(OH)₂ Les BNC), le noir d'acétylène et le polytétrafluoroéthylène (5% PTFE) ont été mélangés avec un rapport massique de 80:15:5 dans de l'éthanol. Ensuite, le mélange a été enduit sur NF (1 cm x 1 cm) et séché dans un four. La masse de chargement a été calculée comme 3,4 mg/cm² . Les performances électrochimiques ont été examinées par voltamétrie cyclique (CV), charge-décharge galvanostatique (GCD) et impédance électrochimique (EIS). Les tests EIS ont été réalisés entre 0,01 et 100 kHz avec une amplitude de perturbation de 5 mV. La capacité spécifique des électrodes a été calculée selon l'équation suivante :

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

où je est le courant de décharge (A), t est le temps de décharge (s), ΔV est la fenêtre de potentiel (V), m est la masse totale (g) des matériaux d'électrode. Les ASC ont été préparés avec Ni(OH)₂ NC (ou Ni(OH)₂ BNC)) et AC comme électrodes positive et négative, respectivement. L'électrode AC a été préparée en enduisant un mélange de liant AC et PTFE (90:10) sur NF (1 cm x 1 cm). Ensuite, les deux électrodes ont été assemblées avec un séparateur en 3 M KOH.

Résultats et discussions

Caractérisations

Modèle XRD du Ni(OH)₂ préparé NCs a été enregistré dans la Fig. 1a. Les trois forts pics observés situés à 33,1°, 38,5° et 60,2° correspondent aux plans cristallins (100), (101) et (003) des β hexagonaux -Ni(OH)₂ (JCPDS n° 14-0117) [22]. Des mesures XPS ont été effectuées pour confirmer la composition chimique. Les signaux Ni, O et C sont clairement observés dans le spectre de l'enquête, révélant que l'échantillon est principalement composé de Ni et O. Comme le montre la figure 1c, les signaux concentrés situés à 873,7 eV et 856,1 eV avec une séparation de 17,6 eV peut être attribué à Ni 2p_1/2 et Ni 2p_3/2 de Ni²⁺ _, respectivement [23, 24]. Les pics situés à 879,9 eV et 861,7 eV sont les signaux satellites correspondants pour Ni 2p_1/2 et Ni 2p_3/2, respectivement. Comme le montre la figure 1d, le pic O1s situé à 531,2 eV présente une caractéristique typique de la liaison Ni-O-Ni dans Ni(OH)₂ [25, 26]. Sur la base des discussions ci-dessus, les produits tels que préparés peuvent être déduits de Ni(OH)₂ phase.

un Modèle XRD du Ni(OH)₂ préparé NC. b –d Spectres XPS du Ni(OH)₂ NC. b Sondage. c Ni 2p. d O 1s

Des observations SEM et MET ont été utilisées pour confirmer davantage la caractéristique morphologique des produits. Fichier supplémentaire 1 :la figure S2a affiche le modèle XRD du Cu₂ préparé O. Tous les pics de diffraction peuvent être indexés au JCPDS no. 78-2076, confirmant la réussite de la préparation de Cu₂ O. Image SEM de Cu₂ Modèles O dans le fichier supplémentaire 1 :La figure S2b révèle la caractéristique cubique des produits avec une longueur de bord d'environ 500 nm. Comme le montre la figure 2a, le Ni(OH)₂ les échantillons conservent une morphologie cubique uniforme bien définie après le processus CEP. Le Ni(OH)₂ les cubes ont une longueur d'arête de 500 nm (Fig. 2b), ce qui est plus ou moins la même que Cu₂ O modèles. Comme on peut le voir sur l'encart de la figure 2b, la surface de Ni(OH)₂ cubes est composé de quantités de particules fines et présente des caractéristiques poreuses. L'image MET de la figure 2c montre une cavité interne apparente, révélant la caractéristique en forme de cage de Ni(OH)₂ des produits. Comme le montre la figure 2d, la longueur du bord est de 500 nm, ce qui est cohérent avec l'observation du SEM. De plus, l'épaisseur de la coque de Ni(OH)₂ NCs est identifié comme 50 nm (Fig. 2d). Les investigations de SEM et TEM démontrent la caractéristique de type cage des produits. La structure poreuse creuse en forme de cage offre une grande surface et des quantités de chemins de diffusion, ce qui peut favoriser le processus de transport de masse, conduisant à des performances capacitives exceptionnelles.

un , b SEM et c , d Images MET du Ni(OH)₂ CN

Les photographies optiques et les images MET de Ni(OH)₂ Les CN ont été enregistrées à différents temps de réaction pour comprendre le mécanisme de formation. Comme le montre la figure 3a, la solution réactionnelle présente une couleur rouge brique à 5 min, indiquant que peu de réactions se produisent au stade initial. Par la suite, la couleur de la solution s'éclaircit progressivement. Après 3 h, la couleur de la solution vire au vert clair, qui est la couleur des produits finaux. Comme illustré sur la Fig. 3b, les produits présentent une cavité interne en partie creuse due à la dissolution de Cu₂ O modèles à 5 min. De plus, la gravure du Cu₂ interne O se produit préférentiellement au coin en raison de la cinétique de diffusion adéquate. Le Cu₂ interne Les cristaux d'O se dissolvent en continu jusqu'à ce qu'il disparaisse complètement à 3 h. Le diagramme schématique a été illustré dans le schéma 1. Généralement, le mécanisme de formation de Ni(OH)₂ NCs est montré ci-dessous (Eq. (2)):

$$ {\mathrm{Ni}}^{2+}+2{\mathrm{OH}}^{-}\to \mathrm{Ni}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2 $$ (2)

un Les photographies optiques du système réactionnel à un temps de réaction différent. b Images MET des produits obtenus à différents temps de réaction

Schéma de principe du processus de formation

Ni²⁺ ions dans l'éq. (2) sont les Ni²⁺ absorbés à la surface de Cu₂ Cristaux d'O (étape 1). OH⁻ ions dans l'éq. (2) sont libérés de la corrosion de Cu₂ Cristaux d'O (Eq. (3)) et hydrolyse de S₂ O₃ ^2- (Éq. (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) $$ {\mathrm{S}}_2{{\mathrm{O}}_3}^{2-}+ {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\à {\mathrm{H}\mathrm{S}}_2{{\mathrm{O}}_3}^{2-}+{\mathrm{O} \mathrm{H}}^{-} $$ (4)

Les équations (3) et (4) sont le mécanisme pour S₂ O₃ ²⁻ processus CEP impliqué, qui se produit dans les étapes 2 et 3. Le processus de cinétique détaillé est similaire à la formation de Co(OH)₂ NCs dans notre article publié [27]. Le transport de S₂ O₃ ²⁻ vers Cu₂ O détermine la vitesse de corrosion et l'OH libéré⁻ ions de l'intérieur présente le taux de croissance de Ni(OH)₂ NC. Le contrôle coopératif des deux processus aboutit à la formation de Ni(OH)₂ bien défini CN.

La figure 4 montre le N₂ courbes isothermes adsorption-désorption de Ni(OH)₂ NC et Ni(OH)₂ BNC. La surface BET de Ni(OH)₂ NC est de 54,7 m² /g, qui est beaucoup plus grand que celui de Ni(OH)₂ BNC (38,1 m² /g). Les résultats indiquent que l'architecture poreuse creuse donne Ni(OH)₂ NC avec une plus grande surface spécifique. Les distributions de taille de pores (encarts de a et b) révèlent la structure mésoporeuse de Ni(OH)₂ NC et Ni(OH)₂ BNC. Le volume poreux de Ni(OH)₂ NCs est calculé comme 0,25 cm³ /g, qui est plus grand que Ni(OH)₂ BNC (0,19 cm³ /g). De plus, une distribution de pores concentrés entre 2,7 et 6,1 nm est étudiée pour Ni(OH)₂ NCs, qui est liée à l'espace entre les nanoparticules. Cependant, aucune distribution évidente de pores concentrés n'est observée pour Ni(OH)₂ BNCs, révélant la destruction des canaux de diffusion ordonnés. La grande surface et les canaux de diffusion ordonnés sont bénéfiques pour la cinétique électrochimique, résultant en d'excellentes performances capacitives.

Mesures BET de a Ni(OH)₂ NC et (b) Ni(OH)₂ BNC. Encarts de a et b sont les distributions correspondantes de la taille des pores de Ni(OH)₂ NC et Ni(OH)₂ BNC, respectivement

Performances électrochimiques du Ni(OH)₂ CN

Afin d'obtenir la meilleure propriété capacitive, Ni(OH)₂ Des NC avec différentes épaisseurs de coque ont été préparés en contrôlant le dosage de NiCl₂ poudres. Comme le montre la figure 5, l'épaisseur de la coque augmente apparemment de 27,4 à 76,7 nm avec l'augmentation du rapport de masse de 5:1 à 1,67:1. Cependant, l'épaisseur de la coque n'augmente que légèrement de 76,7 nm à 79 nm avec l'augmentation supplémentaire du rapport de masse à 1,25:1. Les résultats peuvent être attribués à la difficulté cinétique de diffusion de masse causée par l'entrave de la coquille. Les courbes GCD de Ni(OH)₂ NCs obtenus avec différents NiCl₂ les doses ont été mesurées et les données ont été enregistrées sur la figure 6a. Il est clair que l'échantillon avec Cu₂ O/NiCl₂ 2.5:1 affiche le temps de décharge le plus long sous 4 A/g, indiquant les meilleures performances capacitives. Ce résultat peut être attribué à la cinétique de transport de masse appropriée dérivée de l'épaisseur modérée de la coque. De plus, les performances capacitives du Ni(OH)₂ NCs obtenus avec Cu₂ O/NiCl₂ 2,5:1 a été évalué de manière contrastive avec Ni(OH)₂ BNC. Comme le montre la figure 6b, des pics redox significatifs sont clairement observés dans les courbes CV de Ni(OH)₂ NC et Ni(OH)₂ BNCs, révélant la caractéristique pseudocapacitive des deux électrodes. Le processus redox correspond au mécanisme de stockage lié au Ni(OH)₂ /NiOOH couple redox illustré dans l'Eq. (5) [28, 29].

$$ \mathrm{Ni}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2+{\mathrm{OH}}^{-}\leftrightarrow \mathrm{Ni}\mathrm{OOH}+{\mathrm{H }}_2\mathrm{O}+{e}^{-} $$ (5)

un –d Images MET du Ni(OH)₂ NCs obtenus avec un rapport massique différent de Cu₂ O/NiCl₂ . e –h Images MET des coquilles correspondantes de a –d

un Courbes GCD des produits obtenus avec différents ratios massiques de Cu₂ O/NiCl₂ à 4 A g⁻¹ . b Les CV de Ni(OH)₂ NC/NF et Ni(OH)₂ BNC/NF à une vitesse de balayage de 60 mV/s. c Les CV de Ni(OH)₂ NCs/NF à différentes vitesses de balayage. d Courbes GCD de Ni(OH)₂ NC/NF et Ni(OH)₂ BNC/NF à 1 A g⁻¹ . e Courbes GCD de Ni(OH)₂ NC/NF à différentes densités de courant. f Le schéma des avantages du stockage de charge pour Ni(OH)₂ NC. g La stabilité en cyclage de Ni(OH)₂ NCs/NF à 8 A g⁻¹ . h Les spectres EIS de Ni(OH)₂ NC/NF et Ni(OH)₂ BNC/NF

La zone encapsulée CV de Ni(OH)₂ NCs est beaucoup plus grand que celui de Ni(OH)₂ BNC, démontrant une capacité spécifique plus élevée. Les CV de Ni(OH)₂ Les NC à différentes vitesses de balayage sont illustrées sur la figure 6c. La courbe CV conserve toujours une forme bien définie même à une vitesse de balayage élevée de 100 mV/s, démontrant une capacité de vitesse exceptionnelle et une réversibilité électrochimique élevée. De plus, le courant de crête augmente linéairement avec la racine carrée des taux de balayage, révélant que la diffusion en vrac est le facteur dominant (Fichier supplémentaire 1 :Figure S3). Comme présenté dans la Fig. 6d, les courbes GCD de Ni(OH)₂ Les NC affichent un temps de décharge plus long que Ni(OH)₂ BNC à 1 A g⁻¹ , prouvant que Ni(OH)₂ Les NC présentent une capacité spécifique plus élevée que Ni(OH)₂ BNC. La figure 6e présente les courbes GCD de Ni(OH)₂ NC à différentes densités de courant. Les capacités spécifiques calculées pour Ni(OH)₂ Les NC sont 539,8, 445,5, 409,4, 391,3, 360,2 et 340,7 F g⁻¹ à 1, 2, 3, 4, 5 et 6 A g⁻¹ , respectivement (Fichier supplémentaire 1 :Figure S4). Ces valeurs calculées pour Ni(OH)₂ Les BNC sont 87,3, 77,4, 72,9, 67,8, 64,1 et 60,5 F g⁻¹ à la densité de courant correspondante (Fichier supplémentaire 1 :Figure S5). Les avantages structurels du Ni(OH)₂ Les CN sont illustrées à la Fig. 5f. Premièrement, la fonction en forme de cage fournit des quantités de sites actifs pour les réactions de Faraday. Deuxièmement, la couche mince poreuse raccourcit la distance de migration des électrons, ce qui entraîne un taux de transfert d'électrons élevé. Troisièmement, la coque poreuse offre des canaux de diffusion suffisants pour l'électrolyte, améliorant le taux d'utilisation de Ni(OH)₂ . La stabilité en cyclage de Ni(OH)₂ NCs a été évalué en répétant les mesures GCD à 8 A g⁻¹ (Fig. 6 g). On remarque que la capacité spécifique conserve encore 96,9% de sa valeur initiale après 2000 cycles, ce qui est beaucoup plus grand que celui de Ni(OH)₂ BNC (61,5%, Fichier complémentaire 1 :Figure S6). Comme le montre l'encadré, les 10 derniers cycles montrent peu de différence par rapport aux 10 premiers cycles de charge-décharge, révélant une excellente stabilité. La faible atténuation de la capacité peut être attribuée à la faible perte de Ni(OH)₂ CN de NF. Le vide interne et les pores de la coque offrent suffisamment d'espace pour la libération d'une contrainte pendant le processus de cyclage [30].

Afin de confirmer les avantages de la structure en forme de cage en cinétique, les spectres EIS ont été enregistrés sur la figure 6h et le circuit équivalent a été illustré dans le fichier supplémentaire 1 :figure S7. Le circuit équivalent est principalement composé de Rs, Rct, Zw, CPE et CL. Dans celui-ci, Rs est la résistance interne du système d'électrodes. Rct est la résistance de transfert de charge liée au rayon du demi-cercle dans les spectres EIS. Zw est l'impédance de Warburg correspondant à la pente de l'EIS en haute fréquence. Bien que Ni(OH)₂ L'électrode NCs/NF a plus ou moins la même valeur Rs (0,27 Ω) par rapport à Ni(OH)₂ BNC/NF (0,25 Ω), Ni(OH)₂ NCs/NF a un Rct bien inférieur (120,8 Ω) à celui de Ni(OH)₂ BNC (976,5 Ω), révélant un taux de transfert d'électrons plus élevé. Le taux de transfert d'électrons élevé peut être attribué à une couche suffisamment mince de Ni(OH)₂ NC. Apparemment, Ni(OH)₂ L'électrode NCs/NF présente une pente beaucoup plus grande que Ni(OH)₂ BNCs/NF, démontrant un processus de diffusion plus direct. La diffusion sans entrave peut être attribuée aux canaux ordonnés et à la caractéristique poreuse de Ni(OH)₂ Électrode NC/NF. Sur la base des discussions ci-dessus, Ni(OH)₂ L'électrode NCs/NF possède des avantages significatifs en cinétique électrochimique par rapport au Ni(OH)₂ BNC/NF.

Performances électrochimiques du dispositif ASC

Le dispositif ASC de Ni(OH)₂ NCs/NF//AC a été construit selon la figure 7a. Ni(OH)₂ Les électrodes NC/NF et AC ont été séparées par un papier de cellulose. Comme illustré sur la figure 7b, la courbe CV de l'électrode AC présente une caractéristique presque rectangulaire, révélant un mécanisme de stockage EDLC typique. De plus, l'électrode AC peut être cyclée entre − 1 à 0 V et Ni(OH)₂ L'électrode NCs/NF peut être cyclée entre 0 et 0,6 V, révélant que le dispositif ASC peut supporter une tension de fonctionnement de 1,6 V. Les courbes CV affichées sur la figure 7c montrent une forme bien définie même à des vitesses de balayage élevées, ce qui implique une excellente masse cinétique de transport et réversibilité éminente. Les courbes GCD du dispositif ASC à différentes densités de courant ont été présentées sur la figure 7d. La densité d'énergie et la densité de puissance du dispositif ont été calculées conformément à la figure 7d. Une densité d'énergie de 23,3 Wh Kg⁻¹ est atteint à une densité de puissance de 800 W Kg⁻¹ . Une densité d'énergie de 9,6 Wh Kg⁻¹ est toujours obtenu même à une densité de puissance élevée de 8000 W Kg⁻¹ . La densité d'énergie est beaucoup plus grande que celle de Ni(OH)₂ BNCs/NF//AC ASC (Fichier supplémentaire 1 :Figure S8, 3 Wh Kg⁻¹ à 880 W Kg⁻¹ ). De plus, la densité d'énergie maximale de l'ASC est également supérieure à celle de Ni(OH)₂ -matériaux à base [31, 32]. La stabilité du cycle a été estimée en répétant les mesures GCD à 4 A g⁻¹ pour 2000 cycles. La capacité spécifique finale conserve encore 90,1 % de sa valeur la plus élevée et cette valeur est bien supérieure à celle de Ni(OH)₂ BNCs/NF//AC ASC (Fichier complémentaire 1 :Figure S9, 60%). De plus, les dix dernières courbes GCD sont similaires aux dix premiers cycles, présentant une excellente stabilité du dispositif ASC. Comme le montre la figure 7f, Ni(OH)₂ Les NC conservent toujours la morphologie de type cage cubique uniforme après 2000 cycles, démontrant davantage l'excellente stabilité du cycle. La perte de la capacité spécifique peut être attribuée à la faible quantité de matière active tombant de NF.

un Schéma du Ni(OH)₂ Dispositif NCs/NF//AC. b Les CV de AC et Ni(OH)₂ Électrodes NC/NF dans un système à trois électrodes. c Les CV de Ni(OH)₂ NCs/NF//AC ASC entre 0 et 1,6 V. d Courbes GCD de l'ASC à différentes densités de courant entre 0 et 1,6 V. e Stabilité cyclable de l'ASC pendant 2000 cycles à 4 A g⁻¹ . f Les images SEM de l'électrode positive avant et après le cyclage

Conclusions

Dans l'ensemble, Ni(OH)₂ Les NC ont été construits avec succès grâce à une méthode CEP et utilisés comme électrode pour les supercondensateurs. Ni(OH)₂ Les CN présentent une grande surface spécifique de 54,7 m² /g et une distribution de taille de pores concentrée entre 2,7 et 6,1 nm. La coque mince raccourcit la route de transfert et améliore le taux de transfert d'électrons. En tant qu'électrode positive pour les supercondensateurs, Ni(OH)₂ NCs/NF affiche une capacité spécifique de 539,8 F g⁻¹ à 1 A g⁻¹ , qui est beaucoup plus grande que celle de Ni(OH)₂ BNC/NF//AC (87,3 F g⁻¹ à 1 A g⁻¹ ). La capacité spécifique conserve encore environ 96,9% de sa valeur initiale après 2000 cycles. L'ASC de Ni(OH)₂ NCs/NF//AC possède une densité d'énergie de 23,3 Wh Kg⁻¹ à 800 W Kg⁻¹ , qui est beaucoup plus grande que celle de Ni(OH)₂ BNC (3 Wh Kg⁻¹ à 880 W Kg⁻¹ ). Les résultats démontrent que le Ni(OH)₂ conçu Les CN ont des applications potentielles dans le domaine du stockage d'énergie.