Простой синтез NiTe2

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1364 (2023) Цитировать эту статью

1249 доступов

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Разработка биметаллических теллуридов, обладающих превосходными электрохимическими свойствами, остается огромной проблемой для высокопроизводительных суперконденсаторов. В настоящей работе теллур консолидируется на CoNi2@rGO впервые с целью синтеза нанокомпозита NiTe2-Co2Te2@rGO простым гидротермальным методом. Свежеприготовленный нанокомпозит NiTe2-Co2Te2@rGO был охарактеризован методами EDS, TEM, FESEM, Raman, BET, XRD и XPS для подтверждения структурного преобразования. При электрохимической характеристике NiTe2-Co2Te2@rGO заметно наличие многочисленных активных центров и усиленных мест контакта с раствором электролита во время фарадеевской реакции. Свежеприготовленный нанокомпозит имеет удельную емкость 223,6 мАч/г в 1,0 М КОН при 1,0 А/г. Кроме того, он мог сохранять стабильность на уровне 89,3% после 3000 последовательных циклов гальваностатического заряда-разряда при плотности тока 1,0 А г-1. Гибридный суперконденсатор, изготовленный из активированного угля в качестве анода и NiTe2-Co2Te2@rGO в качестве катода, имеет потенциальное окно 1,60 В с плотностью энергии 51 Втч/кг и плотностью мощности 800 Вт/кг. 1; этот электрод способен зажечь на 20 мин две красные светодиодные лампы и желтую светодиодную лампу, включенные параллельно. Настоящая работа открывает новые возможности для проектирования и изготовления нанокомпозитных электродных материалов в области суперконденсаторов.

Накопление энергии очень важно в связи со значительным увеличением численности населения. Сегодня ископаемое топливо является основным источником энергии, тесно связанным с глобальным потеплением1,2,3. Наличие большого количества CO2 в атмосфере вызывает повышение температуры на земной поверхности4. Данные различных исследований показывают, что уровень CO2 в атмосфере увеличился как минимум на 25% с начала девятнадцатого века. В результате за последние 150 лет температура Земли поднялась более чем на 1°F. Чтобы выжить на Земле, использование возобновляемых источников энергии имеет важное значение для сокращения выбросов парниковых газов и загрязнения воздуха5. Поэтому новые технологии производства энергии, такие как солнечная6, ветровая7 и топливные элементы1, требуют устройств для хранения энергии.

Аккумуляторы8, топливные элементы9 и суперконденсаторы10 являются наиболее важными устройствами хранения энергии с высокой плотностью энергии и мощностью, оптимальным жизненным циклом и мобильностью. Батареи и суперконденсаторы — это две основные системы хранения электрической энергии, разработанные на протяжении многих лет для портативных устройств, а также для развертывания интеллектуальных сетей11,12. Суперконденсаторы могут хранить большое количество заряда по сравнению с обычными конденсаторами, быстро доставлять энергию, обеспечивать возможность быстрой зарядки, иметь длительный срок службы, превосходные характеристики при низких температурах, экологичность и низкую стоимость. При этом, в отличие от аккумуляторов, они не взрываются даже при перезарядке.

Электродные материалы и электролиты играют важную роль в достижении наилучших характеристик при коммерциализации СЭ13,14. Они влияют на значения удельной емкости, рабочего напряжения, плотности энергии и плотности мощности. Материалы на основе переходных металлов уже долгое время являются перспективными электродными материалами из-за их высокой скорости, высокой емкости и низкой стоимости. Тем не менее, они имеют ограниченную площадь поверхности, малый срок службы при циклическом использовании и плохую электропроводность. Следовательно, (1) контроль морфологии, (2) составление материалов электродов для создания синергетического эффекта, (3) легирование элемента электродным материалом для повышения окислительно-восстановительной реактивности и (4) инженерия дефектов — вот несколько подходов к преодолению этих недостатков15, 16,17.

В последнее время халькогениды переходных металлов привлекли большое внимание как перспективные электродные материалы для применения в СЭ18,19. В частности, теллуриды и селениды переходных металлов, благодаря более низкой электроотрицательности и большему размеру атомного радиуса, чем у серы и кислорода, что приводит к улучшенным химическим, физическим и электрохимическим свойствам20. Основными особенностями этих материалов являются длительный срок службы при циклическом использовании, высокая электропроводность, высокая механическая стабильность, малая энергия ионизации, плавный транспорт электронов, большая площадь поверхности, усиление окислительно-восстановительных структур и высокая удельная емкость21,22,23,24. Более того, сильная ковалентная связь между теллуром и кобальтом/никелем увеличивает количество активных центров и электрическую каталитическую активность. Из-за перекрытия атомных орбит теллура с кобальтом/никелем уменьшенная величина зоны переноса заряда приводит к улучшению сверхемкостных свойств, гибкости и увеличению переноса заряда25.