자성 애벌레의 전기화학적 성능 향상

Aug 05, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7822(2023) 이 기사 인용

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Ni이 포함된 MgFe2O4(Mg0.5Ni0.5Fe2O4) 다공성 나노섬유는 졸-겔 전기방사 방법을 사용하여 합성되었습니다. 제조된 샘플의 광학 밴드갭, 자기 매개변수 및 전기화학적 용량성 거동을 구조적 및 형태학적 특성을 기반으로 원래의 전기방사된 MgFe2O4 및 NiFe2O4와 비교했습니다. XRD 분석을 통해 샘플의 입방정 스피넬 구조가 확인되었으며 Williamson-Hall 방정식을 사용하여 결정 크기가 25 nm 미만인 것으로 평가되었습니다. FESEM 이미지는 각각 전기방사된 MgFe2O4, NiFe2O4 및 Mg0.5Ni0.5Fe2O4에 대한 흥미로운 나노벨트, 나노튜브 및 애벌레 유사 섬유를 보여주었습니다. 확산 반사 분광법은 Mg0.5Ni0.5Fe2O4 다공성 나노섬유가 합금 효과로 인해 MgFe2O4 나노벨트와 NiFe2O4 나노튜브에 대해 계산된 값 사이에 밴드 갭(1.85eV)을 갖는 것으로 나타났습니다. VSM 분석을 통해 MgFe2O4 나노벨트의 포화 자화 및 보자력이 Ni2+ 통합에 의해 향상되는 것으로 나타났습니다. 니켈 폼(NF)에 코팅된 샘플의 전기화학적 특성은 3M KOH 전해질에서 CV, GCD 및 EIS 분석을 통해 테스트되었습니다. Mg0.5Ni0.5Fe2O4@Ni 전극은 다중 원자가 상태, 탁월한 다공성 형태 및 가장 낮은 전하 이동 저항의 시너지 효과로 인해 1 A g−1 에서 647 F g−1 의 가장 높은 비축전용량을 나타냈습니다. Mg0.5Ni0.5Fe2O4 다공성 섬유는 10Ag−1에서 3000회 사이클 후 91%의 뛰어난 정전용량 유지율과 97%의 주목할 만한 쿨롱 효율을 나타냈습니다. 더욱이, Mg0.5Ni0.5Fe2O4//활성탄 비대칭 슈퍼커패시터는 700 W Kg−1의 전력 밀도에서 83 W h Kg−1의 우수한 에너지 밀도를 공개했습니다.

전 세계적으로 에너지 수요가 계속 증가함에 따라 슈퍼커패시터1와 같이 인상적인 비정전용량과 뛰어난 사이클 안정성을 갖춘 에너지 저장 장치 및 재료의 개발이 촉구되고 있습니다. 이온 흡수를 위한 수많은 활성 부위를 제공하는 1차원(1D) 나노섬유는 뛰어난 형태로 인해 잠재적으로 에너지 저장 전극으로서 최고의 옵션 중 하나입니다1,2. 전기방사는 효율적이고 비용 효율적이며 직경을 제어할 수 있고 편리하며 빠른 방법으로 나노섬유, 나노벨트, 나노튜브와 같은 다양한 종류의 1차원 나노구조를 제조할 수 있으며 우수한 사이클링 안정성, 주목할만한 용량 및 적절한 이온 전도도와 같은 탁월한 성능을 제공합니다. . 용액 매개변수(전구체, 점도 및 용매), 유속, 인가 전압, 가열 속도 및 온도와 같은 다양한 기준은 전기방사 나노구조의 형태에 중요한 영향을 미칩니다3. 일반적으로 MFe2O4(M: 2가 금속 이온)로 알려진 금속 스피넬 페라이트는 M과 Fe 이온이 입방정밀 산소 패킹에서 사면체 및 팔면체 위치 모두에 위치할 수 있으며 단순성으로 인해 지난 몇 년 동안 광범위한 관심을 끌었습니다. 합성, 높은 전기 전도성, 낮은 전기 손실 및 고유 독성, 물리적 및 화학적 안정성, 자발적인 자기 및 전기 화학적 특성으로 인해 다양한 기술 분야에 적용됩니다4,5. 이전에는 C/CuFe2O46, Fe2O3@SnO27 및 ZnOFe2O48 나노섬유의 초용량 거동이 광범위하게 연구되었습니다.

2.18eV의 밴드 갭을 갖는 마그네슘 페라이트(MgFe2O4)는 적당한 포화 자화 및 높은 화학적 안정성으로 인해 주로 마이크로파 흡수체 및 리튬 이온 배터리로 사용되는 잘 알려진 n형 반도체 재료입니다9,10,11. 니켈 페라이트(NiFe2O4)는 보자력이 낮고 전기 저항이 높은 n형 반도체입니다12. MgFe2O4와 NiFe2O4는 모두 입방 역 스피넬 구조를 가지고 있습니다. 역스피넬 구조에서 2가 양이온(Mg2+, Ni2+)은 팔면체 B 사이트 배위의 절반을 차지하고 3가 양이온(Fe3+)은 사면체 A 사이트와 팔면체 B 사이트의 절반에 위치합니다4,13,14, 15,16,17.

99%, Merck), nickel nitrate (Ni(NO3)2.6H2O, > 99%, Merck), iron nitrate (Fe(NO3)3.9H2O, > 99%, Merck), N, N-Dimethylformamide (DMF), Polyvinylpyrrolidone (PVP; MW = 1,300,000, Sigma-Aldrich) and ethanol (99.8%, Merck), carbon black (Alfa Aesar), polyvinylidene difluoride (PVDF, Kynar HSV900, Arkema), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, > 99%, Merck), and potassium hydroxide (KOH, > 85%, chem-lab) were analytical grade and used without further purification. Deionized (DI) water (> 18.4 MΩ cm−1) from a Merck Millipore water purification system was used throughout the experiment. A flexible interconnected porous nickel foam with 1.5 mm thickness and a purity > 99% was supplied by Latech Scientific Supply Pte. Ltd. (Singapore)./p>

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