مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

رسوب نشانی الکتروشیمیایی نیکل مولیبدات نانوساختار بر روی فوم نیکل به‌عنوان الکترود ابرخازنی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان
مهدی کزازی 1
اکرم گنجی قلیجی 2
1 دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ملایر، ملایر، همدان، ایران
2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ملایر، ملایر، همدان، ایران
10.30501/jamt.2024.447202.1296
چکیده
نیکل مولیبدات نانوساختار به‌عنوان یک ماده‌ی الکتروفعال ابرخازنی با استفاده از فرایندی دومرحله‌‌ای شامل رسوب‌نشانی الکتروشیمیایی جریان ثابت کاتدی و عملیات حرارتی کلسیناسیون بر روی جمع‌کننده‌ی جریان فوم نیکل رشد داده شد. ساختار و ریخت‌شناسی سطحی الکترود تهیه‌شده با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، آزمون جذب و واجذب نیتروژن و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) ارزیابی شد. همچنین، عملکرد ابرخازنی الکترود تهیه‌شده با استفاده از آزمون‌های ولتامتری چرخه‌ای (CV)، شارژ – تخلیه جریان ثابت (GCD)، طیف‌نگاری امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و چرخه‌پذیری بررسی شد. به‌طور خلاصه، الکترود نیکل مولیبدات بدون چسب تهیه‌شده عملکرد الکتروشیمیایی خوبی را نشان داد که شامل ظرفیت ویژه‌ی بالای F g-1 676 در چگالی جریان A g-1 1، قابلیت جریان‌دهی بالا (45 درصد ابقای ظرفیت با افزایش 10برابری در جریان تخلیه) و پایداری چرخه‌ای عالی (1/89 درصد حفظ ظرفیت خازنی پس از 2000 چرخه در A g-1 5) است.
کلیدواژه‌ها
ابرخازن
الکترود بدون چسب
نیکل مولیبدات
رسوب‌نشانی الکتروشیمیایی

موضوعات

عنوان مقاله English

Electrochemical Deposition of Nanostructured Nickel Molybdate on Nickel Foam as a Supercapacitor Electrode

نویسندگان English

Mahdi Kazazi 1
Akram Ganji Ghelyji 2
1 Associate Professor, Department of Materials Engineering, Faculty of Engineering, University of Malayer, Malayer, Hamedan, Iran.
2 Master, Department of Materials Engineering, Faculty of Engineering, University of Malayer, Malayer, Hamedan, Iran.
چکیده English

Nanostructured nickel molybdate (NiMoO4), used as a supercapacitor electroactive material, was grown through a two-step process including cathodic galvanostatic electrochemical deposition on a nickel foam (NF) current collector followed by calcination heat treatment. The structure and surface morphology of the resulting nickel molybdate electrode were evaluated using X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), nitrogen adsorption and desorption measurements, and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM). Additionally, the supercapacitor performance of the nickel molybdate electrode was investigated using Cyclic Voltammetry (CV), Galvanostatic Charge-Discharge (GCD), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), and cycle stability measurements. In summary, the prepared binder-free nickel molybdate electrode demonstrated good electrochemical performance, including a high specific capacitance of 676 F g-1 at a current density of 1 A g-1, high rate capability (45% capacity retention with a 10-fold increase in the discharge current rate), and excellent cyclic stability (89.1% capacity retention after 2000 cycles at 5 A g-1).

کلیدواژه‌ها English

Supercapacitor
Binder Free Electrode
Nickel Molybdate
Electrochemical Deposition
  1. Borhani, S., Moradi Alborzi, M., & Kiani, M. A. (2016). Deposition of Graphene Oxide Using Electrophoretic Method and Heat Treatment Temperature Effect on the Character of the Supercapacitor. Journal of Advanced Materials and Technologiesn (JAMT), 5(3), 41-50. https://doi.org/10.30501/jamt.2017.70339 [In Persian]
  2. Chen, H., Chen, S., Zhu, Y., Li, C., Fan, M., Chen, D., Tian, G., & Shu, K. (2016). Synergistic effect of Ni and co ions on molybdates for superior electrochemical performance. Electrochimica Acta, 190, 57–63. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.12.212
  3. Faryabi, M., & Kazazi, M. (2019). Electrochemical Deposition of Manganese Hexacyanoferrate Nanoparticles on a Graphite Substrate for Supercapacitor Application. Journal of Advanced Materials and Technologiesn (JAMT), 8(3), 13-20. https://doi.org/10.30501/JAMT.2019.93225 [In Persian]
  4. Jiang, Q., Kurra, N., Alhabeb, M., Gogotsi, Y., & Alshareef, H. N. (2018). All pseudocapacitive MXene-RuO2 asymmetric supercapacitors. Advanced Energy Materials, 8(13), 1703043. https://doi.org/10.1002/aenm.201703043
  5. Jeanmairet, G., Rotenberg, B., & Salanne, M. (2022). Microscopic simulations of electrochemical double-layer capacitors. Chemical Reviews, 122(12), 10860–10898. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00925
  6. Jothi, T. R., & Shanthi, K. (2015). Synthesis and Characterization of α-NiMoO4 Nanorods for Supercapacitor Application. European Journal of Inoorganic Chemistry, 2015(22), 3694-3699. https://doi.org/10.1002/ejic.201500410
  7. Kazazi, M., Vaezi, M. R., & Kazemzadeh, A. (2014). Enhanced rate performance of polypyrrole-coated sulfur/MWCNT cathode material: a kinetic study by electrochemical impedance spectroscopy. Ionics, 20, 635-643. https://doi.org/10.1007/s11581-013-1044-5
  8. Kazazi, M. (2017). Facile preparation of nanoflake-structured nickel oxide/carbon nanotube composite films by electrophoretic deposition as binder-free electrodes for high-performance pseudocapacitors. Current Applied Physics, 17(2), 240-248. https://doi.org/10.1016/j.cap.2016.11.028
  9. Kazazi, M., Abdollahi, P., & Mirzaei-Moghadam, M. (2017). High surface area TiO2 nanospheres as a high-rate anode material for aqueous aluminium-ion batteries. Solid State Ionics, 300, 32–37. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2016.11.028
  10. Li, P., Ruan, C., Xu, J., & Xie, Y. (2019). A high-performance asymmetric supercapacitor electrode based on a three-dimensional ZnMoO(4)/CoO nanohybrid on nickel foam. Nanoscale, 11(28) 13639–13649. https://doi.org/10.1039/C9NR03784E
  11. Moreno, B., Chinarro, E., Colomer, M. T., & Jurado, J. R. (2010). Combustion synthesis and electrical behavior of nanometric β-NiMoO4. The Journal of Physical Chemistry C, 114(10) 4251–4257. https://doi.org/10.1021/jp907870a
  12. Nti, F., Anang, D. A., & Han, J. I. (2018). Facilely synthesized NiMoO4/CoMoO4 nanorods as electrode material for high performance supercapacitor. Journal of Alloys and Compounds, 742, 342–350. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.01.289
  13. Parvizi, P., & Kazazi, M. (2018). Binder-free copper hexacyanoferrate electrode prepared by pulse galvanostatic electrochemical deposition for aqueous-based Al-ion batteries. Advanced Ceramics Progress (ACERP), 4(2), 27-31. https://doi.org/10.30501/ACP.2018.91122
  14. Peng, S., Li, L., Wu, H. B., Madhavi, S., & Lou, X. W. (2015). Controlled growth of NiMoO4 nanosheet and nanorod arrays on various conductive substrates as advanced electrodes for asymmetric supercapacitors. Advanced Energy Materials, 5(2), 1401172. https://doi.org/10.1002/aenm.201401172
  15. Shao, H., Wu, Y. C., Lin, Z., Taberna, P. L., & Simon, P. (2020). Nanoporous carbon for electrochemical capacitive energy storage. Chemical Society Reviews journal, 49(10), 3005–3039. https://doi.org/10.1039/D0CS00059K
  16. Simon, P., & Gogotsi, Y. (2008). Materials for electrochemical capacitors. Nature Materials, 7(11), 845–854. https://doi.org/10.1038/nmat2297
  17. Xiong, X., Ding, D., Chen, D., Waller, G., Bu, Y., Wang, Z., & Liu, M. (2015). Three-dimensional ultrathin Ni(OH)2 nanosheets grown on nickel foam for high-performance supercapacitors. Nano Energy, 11, 154–161. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2014.10.029
  18. Xu, T., Li, Z., Wang, D., Zhang, M., Ai, L., Chen, Z., Zhang, J., Zhang, X., & Shen, L. (2022). A fast proton-induced pseudocapacitive supercapacitor with high energy and power density. Advanced Functional Materials, 32(5), 2107720. https://doi.org/10.1002/adfm.202107720
  19. Wu, M. S., Lyu, L. J., & Syu, J. H. (2015). Copper and nickel hexacyanoferrate nanostructures with graphene-coated stainless steel sheets for electrochemical supercapacitors. Journal of Power Sources, 297, 75-82. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.07.101
  20. Yin, X., Zhi, C., Sun, W., Lv, L. P., & Wang, Y. (2019). Multilayer NiO@Co3O4@graphene quantum dots hollow spheres for high-performance lithium-ion batteries and supercapacitors. Journal of Materials Chemistry A, 7, 7800–7814. https://doi.org/10.1039/C8TA11982A
  21. Zhao, X., Pachfule, P., & Thomas, A. (2021). Covalent organic frameworks (COFs) for electrochemical applications. Chemical Society Reviews journal, 50(12), 6871–6913. https://doi.org/10.1039/D0CS01569E
  22. Zou, Y., Wang, Q., Xiang, C., She, Z., Chu, H., Qiu, S., Xu, F., Liu, S., Tang, C., & Sun, L. (2016). One-pot synthesis of ternary polypyrrole Prussian-blue graphene-oxide hybrid composite as electrode material for high-performance supercapacitors. Electrochimica Acta, 188, 126-134. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.11.123
مواد و فناوری‌های پیشرفته
دوره 13، شماره 2
تابستان 1403
صفحه 10-21

  • تاریخ دریافت 16 اسفند 1402
  • تاریخ بازنگری 08 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش 13 مرداد 1403