단상 CoMoO4 400°C에서 소성 처리와 결합된 손쉬운 열수 방법을 통해 제조되었습니다. 열수 반응 시간이 다른 샘플의 구조, 형태 및 전기화학적 특성을 조사했습니다. 나노플레이크로 구성된 마이크로스피어 구조가 샘플에서 관찰되었다. 1 A g
−1
에서의 특정 커패시턴스 151, 182, 243, 384, 186 F g
−1
입니다. 열수 시간이 각각 1, 4, 8, 12, 24시간인 샘플의 경우 또한 열수 시간이 12시간인 샘플은 우수한 속도 성능을 나타내며 전류 밀도가 1에서 8A g
-1
로 증가할 때 초기 정전 용량이 45% 유지됩니다. . 샘플의 높은 유지 정전용량은 8A g
−1
의 전류 밀도에서 1000번의 충방전 주기 후 미세한 긴 주기 안정성을 보여줍니다. . 결과는 CoMoO4 샘플은 슈퍼커패시터를 위한 우수한 전극 재료의 선택이 될 수 있습니다.
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배경
화석 연료의 급속한 붕괴 때문에 재생 가능한 대체 에너지의 변환 및 저장을 개발하는 것이 중요합니다. 슈퍼커패시터는 에너지 저장장치의 일종으로 최근 많은 관심을 받고 있다[1,2,3,4,5]. 슈퍼커패시터는 높은 전력 밀도, 짧은 충전 시간 및 긴 사이클 수명과 같은 바람직한 성능을 보여줍니다[6,7,8]. 전하 저장 메커니즘에 따라 슈퍼커패시터는 전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)와 산화환원 전기화학적 커패시터(즉, 유사 정전용량(PC))로 분류될 수 있습니다. EDLC의 전하 저장 메커니즘은 전극/전해질 표면의 전해질 이온의 가역적 흡착 및 탈착과 관련된 반면 PC의 전하 저장 메커니즘은 전극 표면의 산화환원 반응과 관련이 있습니다[4, 6, 8, 9]. 따라서 EDLC든 PC든 전극은 매우 중요하며 슈퍼커패시터 적용을 위한 흥미로운 전극 재료를 찾는 것이 필요하다. 일반적으로 PC의 에너지 밀도는 EDLC의 에너지 밀도보다 높습니다[10, 11]. NiO[12, 13], Co3와 같은 많은 금속 산화물 재료 O4 [3], CuO [14], MnO2 [15], SnO2 [16], 슈퍼커패시터 전극으로 사용하기 위해 많은 주목을 받았다. 이러한 금속 산화물 중에서 산화 몰리브덴과 산화 코발트는 높은 산화 환원 활성, 다중 산화 상태, 높은 이론적 비 정전 용량, 가역적인 작은 이온 저장 및 저렴한 비용으로 인해 응용 분야의 유망한 후보입니다 [11]. Zhou et al. 준비된 MoO2 나노 입자이며 샘플은 621F g
−1
의 높은 비정전용량을 나타냅니다. [17], Wu et al. MoO2의 속성을 조사했습니다. 467.4 F g
−1
정전용량의 /CNT [18].
혼합 금속 산화물은 높은 산화환원 활성, 우수한 전기 전도성, 가역적인 작은 이온 저장 및 저렴한 비용으로 인해 많은 관심을 받았습니다[11]. 그 중 금속 몰리브덴산염은 에너지 저장 용도로 많은 관심을 받고 있습니다. NiMoO4와 같은 [19,20,21], MnMoO4 [22, 23], CoMoO4 [6, 8, 11, 24, 25] 및 기타 금속 몰리브덴산염이 슈퍼 커패시터의 우수한 전극 재료로 광범위하게 조사되었습니다. Refs에 보고된 바와 같이 [26,27,28], CoMoO4 저비용 및 무독성으로 인해 유리하며 향상된 전기화학적 특성을 나타냅니다. Veerasubramani et al. 접시 모양의 CoMoO를 준비했습니다4 약 133F g
−1
의 특정 커패시턴스 사용 1mA cm
−2
에서 [26]. Padmanathan et al. α-CoMoO4 합성 8.3F g
−1
의 특정 정전용량을 갖는 대칭 슈퍼커패시터로 사용되는 nanoflakes/CFC 1A g
−1
의 전류 밀도에서 유기 전해질에서 [29]. 또한, Kazemi et al. 민들레 모양의 CoMoO4 획득 2100F g
−1
의 우수한 비정전용량 1A g
−1
의 전류 밀도에서 [8]. Xia et al. CoMoO4 /그래핀 합성물은 394.5F g
−1
의 비정전용량을 나타냅니다. (1mV s
−1
의 스캔 속도에서 ), 이는 순수 CoMoO4 값의 약 5.4배입니다. [30].
이 기사에서 CoMoO4 다양한 열수 반응 시간에서 간단한 열수 방법으로 나노 플레이크를 합성한 다음 머플로에서 400°C에서 소성했습니다. 샘플의 전기화학적 특성은 순환 전압전류법(CV), 정전류 충방전(GCD) 및 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 방법을 사용하여 조사했습니다. GCD 테스트 결과에 따르면 샘플은 151, 182, 243, 384 및 186F g
−1
의 비정전용량을 나타냅니다. 1A g
−1
의 전류 밀도에서 2M KOH 전해질에서. 샘플 CMO-12는 흥미로운 전기화학적 특성을 보여줍니다.
실험
CoMoO의 합성4
CoMoO4 샘플은 간단한 열수 방법으로 합성되었습니다. 첫째, 0.4410g Co(NO3 )2 ·6H2 O 및 0.2675g(NH4 )6 월7 O24 ·4H2 O(AHM)를 30mL 증류수에 실온에서 10분간 자기교반하면서 녹여 맑은 혼합용액을 얻었다. 둘째, Co(NO3 혼합 용액에 0.3621g의 요소를 천천히 첨가했습니다. )2 ·6H2 자기 교반 하에 O 및 AHM. 혼합물을 1시간 동안 교반하여 균질한 용액을 형성했습니다. 다음으로 균질한 용액을 50mL 테플론 라이닝 스테인리스강 오토클레이브에 옮기고 전기 오븐에서 1시간 동안 180°C로 유지했습니다. 다른 샘플은 각각 4, 8, 12, 24시간의 열수 시간으로 준비했습니다. 합성된 그대로의 생성물을 오븐으로 실온으로 냉각시켰다. 그 다음, 생성된 용액을 증류수와 에탄올로 원심분리하였다. 얻어진 침전물을 진공 오븐에서 60℃에서 10시간 동안 건조시켰다. 마지막으로, 건조된 침전물을 머플로에서 400°C에서 2시간 동안 하소하여 최종 생성물을 얻었다. 최종 제품은 CMO-1, CMO-4, CMO-8, CMO-12 및 CMO-24로 각각 표시되었습니다.
재료 특성화
샘플의 결정 구조는 40kV 및 40mA에서 X선 회절(XRD; Bruker, D8 Discover)에 의해 결정되었습니다. 시료의 형태는 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM; Zeiss, SUPRA 40)과 투과전자현미경(TEM; JEM-2100)으로 조사하였다. Autosorb-iQ 물리 흡착 장치를 사용하여 샘플의 질소 흡탈착 등온선을 구했습니다. 그런 다음, Brunauer-Emmett-Teller(BET) 및 Barrett-Joyner-Halenda(BJH) 방법으로 샘플의 비표면적 및 기공 크기 분포를 구했습니다.
작업 전극의 준비 및 전기화학적 측정
작업 전극은 문헌[31]에 보고된 방법에 따라 준비되었습니다. 합성된 그대로의 아세틸렌 블랙과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 70:20:10의 중량비로 혼합하여 균일한 페이스트를 형성하였다. 그런 다음 세척된 니켈 폼 위에 1cm × 1 cm의 면적으로 코팅하였다. 50°C의 진공 오븐에서 6시간 동안 건조하여 용매를 제거한 후, 니켈 폼을 비드 기계로 10MPa에서 2분 동안 압착했습니다. 전극에 붙은 활물질의 질량은 약 3~5mg이었다.
샘플의 전기화학적 특성은 실온에서 CS 350 전기화학적 워크스테이션(CorrTest, Wuhan)을 사용하여 특성화되었습니다. 전해액은 KOH 용액 1리터당 2몰을 사용하였으며, 측정에는 3전극계를 사용하였다. CoMoO4 , 백금 및 포화 칼로멜 전극(SCE)은 각각 작업 전극, 상대 전극 및 기준 전극으로 사용되었습니다. CV 곡선은 5, 10, 20, 40, 50, 100mV s
−1
의 다양한 스캔 속도에서 − 0.2 ~ + 0.6V의 전위 범위에서 수행되었습니다. . GCD 곡선은 1, 1.5, 2, 3, 5, 8 A g
−1
의 다양한 전류 밀도에서 테스트되었습니다. . 샘플의 EIS는 0.01Hz에서 100kHz까지 조사되었습니다.
결과 및 토론
구조 및 형태 특성화
그림 1과 같이 샘플의 XRD 패턴은 CoMoO4의 표준 패턴과 일치합니다. (JCPDS No. 21-0868), 이전 [6, 8, 32, 33]에서 보고된 것과 유사하다. 회절은 13.1°, 19.1°, 23.3°, 26.5°, 27.2°, 28.3°, 32.0°, 33.6°, 36.7°, 40.2°, 43.6°, 47.0°, 558.7°, 53.7°에서 피크입니다. 64.5°는 (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) 및 (243) 평면. 그림 1에서 볼 수 있듯이 CoMoO4에 대한 XRD 패턴의 더 넓고 약한 회절 피크 샘플에서 더 약한 결정화를 나타내는 샘플이 관찰되었습니다. Refs에 보고된 바와 같이 [8, 34], 약한 결정도는 슈퍼커패시터 애플리케이션에서 전기화학적 거동을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.