Двойной Ni/Co

Jun 17, 2023

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12422 (2023) Цитировать эту статью

656 Доступов

3 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом исследовании мы провели прямой синтез двойного металлоорганического каркаса (Ni/Co-Hemin MOF) на легированном фосфором восстановленном оксиде графена (PrGO), который может служить активным материалом в высокопроизводительных асимметричных суперконденсаторах. Нанокомпозит использовался в качестве активного материала в суперконденсаторах, демонстрируя примечательную удельную емкость 963 Кл г-1 при токе 1,0 А г-1, а также высокую скоростную способность 68,3% при увеличении плотности тока в 20 раз и превосходные циклические характеристики. стабильность. Наша комплексная характеристика и контрольные эксперименты показали, что улучшенные характеристики можно объяснить совместным эффектом двойного MOF и присутствием фосфора, влияющим на поведение GO в суперконденсаторе аккумуляторного типа. Кроме того, мы изготовили асимметричный гибридный суперконденсатор (AHSC) с использованием пены Ni/Co-Hemin/PrGO/никеля (NF) и активированного угля (AC)/NF. Этот AHSC продемонстрировал удельную емкость 281 Кл/г при токе 1,0 А/г, рабочее напряжение 1,80 В, впечатляющую плотность энергии 70,3 Втч/кг при высокой плотности мощности 0,9 кВт/кг. Примечательно, что три устройства AHSC, соединенные последовательно, успешно питали часы в течение примерно 42 минут. Эти результаты подчеркивают потенциальное применение MOF на основе гемина в современных суперконденсаторных системах.

Энергия считается наиболее важным научным предметом в двадцать первом веке1,2. Чтобы выжить на Земле, возобновляемая энергия необходима для сокращения выбросов парниковых газов и загрязнения воздуха3. Следовательно, новые технологии производства энергии, такие как солнечная4, ветровая5 и топливные элементы6, требуют устройств для хранения энергии. Литий-ионные аккумуляторы и суперконденсаторы являются двумя основными системами хранения электрической энергии. На протяжении многих лет они разрабатывались для портативных устройств, а также для развертывания интеллектуальных сетей7. Суперконденсаторы могут хранить большое количество заряда по сравнению с обычными конденсаторами, быстро доставлять энергию, иметь возможность быстрой зарядки, иметь длительный срок службы, превосходные характеристики при низких температурах, экологичны и имеют низкую стоимость. При этом, в отличие от аккумуляторов, они не взрываются даже при перезарядке8,9,10,11.

С другой стороны, график Рагона12 иллюстрирует важность суперконденсаторов с точки зрения их высокой удельной мощности. Кроме того, на емкость суперконденсаторов влияют эквивалентное последовательное сопротивление, материалы электродов и электролитов, а также рабочее напряжение13,14. Следовательно, для достижения наилучших характеристик суперконденсатора он должен иметь высокую емкость, высокое рабочее напряжение и низкое сопротивление15. Исходя из этого, материал электродов, среди всех параметров, играет важную роль в повышении производительности суперконденсатора15. Другими словами, гибридные суперконденсаторы имеют решающее значение для развития электрохимических систем хранения энергии, которые могут обеспечить высокую емкость хранения энергии при низких эксплуатационных затратах16.

Одним из таких электродных материалов, который кажется эффективным, являются MOF, пористые гибридные материалы, состоящие из ионов металлов или кластеров металлов, координированных с органическими линкерами17,18,19. Структуры этого типа обладают следующими преимуществами: большая площадь внутренней поверхности, высокая пористость, структурная и химическая перестраиваемость и хорошая стабильность. Кроме того, MOF можно контролировать с точки зрения пористости благодаря однородности пор и структуре на атомном уровне, размерам, геометрии, функциональности и гибкости топологии сети20,21. Но большинство нетронутых MOF являются плохими проводниками22,23. Чтобы преодолеть этот недостаток, одной из наиболее распространенных стратегий является объединение MOF с углеродными материалами (восстановленным оксидом графена и углеродными нанотрубками) или проводящими полимерами (полипирролом и полианилином)24. Кроме того, включение восстановленного оксида графена (rGO) в композиты может служить эффективным средством предотвращения агрегации и повторного накопления графена как в процессе производства, так и при практическом использовании25. Исключительная механическая и химическая стойкость, демонстрируемая rGO, делает его отличным каркасным материалом для активного компонента, который может эффективно смягчать структурную деградацию и тем самым повышать циклическую стабильность системы26.