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【天富注册登录】用于超级电容器和析氧反应的三元CoNiFe层状双氢氧化物

背景:

不断增加的能源消耗和对环境污染的关注要求全球在高效发电、储存和传输能源方面作出重大努力。电化学储能和电催化被认为是消除上述障碍的最有效技术。在电化学储能器件中,如电池和超级电容器(SCs), SCs以其高比容、长循环寿命和高功率密度备受重视。

SC结合了传统电容器和可充电电池的优点,弥补了两者之间的差距。而SCs具有能量密度低的特点。因此,人们研究了多种不同的材料来提高SCs的能量密度。电容器分为电双层电容器(EDLCs)和伪电容器。

与双电层电容器相比,伪电容器由于具有快速的氧化还原反应和巨大的静电电荷扩散和积聚规模而表现出优越的电容性能。电极材料,如过渡金属氧化物、氢氧化物、硫化物、碳化物、氮化物、导电聚合物等,既不表现出纯赝电容性,也不表现出法拉第性。这些材料可以归类为一类近年来备受关注的类电池电极。

在这一背景下,以R.C.Rohit为首的团队展开了研究,并以“Hierarchical nanosheets of ternary CoNiFe layered double hydroxide for supercapacitors and oxygen evolution reaction”为题,于北京时间2020年11月25日发表于Journal of Alloys and Compounds,旨在分析用于超级电容器和析氧反应的三元CoNiFe层状双氢氧化物

《【天富注册登录】用于超级电容器和析氧反应的三元CoNiFe层状双氢氧化物》

摘要:

制备稳定、高效、具有良好储能转换能力的薄膜已成为超级电容器和电催化领域的研究热点。在此,分层纳米薄片基于三元CoNiFe层状双氢氧化物(LDH)薄膜通过一种廉价和简便的电沉积方法制备。系统地研究了薄膜的结构、形态和电化学性质,并与它们的二元对偶物进行了比较。

制备的CoNiFe LDH在电流密度为0.4 a g-1时的最大比容量为360 C g-1,即使在更高的电流密度为10 a g-1时,其容量保留率仍为51%。在2000次循环后,具有84%的良好循环稳定性。

作为一种电催化剂,CoNiFe LDH在OER中表现出了优异的性能,在电流密度为10 mA cm-2时提供了196 mV的过电位,塔费尔斜率值为49 mV 12 -1。具有良好的催化稳定性,可稳定运行10小时以上。因此,三元CoNiFe LDH薄膜可作为一种很有前途的电化学储能和催化电极材料。

过程:

本研究首次采用快速、廉价、易得的电沉积方法制备了Co、Ni、Fe基的LDH三元膜。对薄膜的结构、形态和电化学性能进行了系统研究,并与二元膜进行了比较。制备的针叶铁LDH在电流密度为0.4 a g-1时的最大比容量为360 C g-1,即使在更高的电流密度为10 a g-1时,其容量保留率仍为51%。

此外,它显示了良好的循环稳定性84%后,2000循环。此外,作为一种电催化剂,CoNiFe LDH在OER中表现出了优异的性能,在电流密度为10 mA cm-2和塔费尔斜率值为49 mV 12 -1的情况下,提供了196 mV的过电位,稳定运行超过10小时。

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图1所示。

LDHs薄膜的制备原理图。

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图2所示。

(A) CNL, (B) CFL, (C) NFL, (D) CNFL样品在3万倍,(E) CNFL在5万倍放大,

(F) CNFL的TEM图像,(G) hrtem图像,(H) SAED模式和(I – L) TEM图像对应的Co, Ni, Fe和O元素映射。

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图3所示。

(A) SS、CNL、CFL、NFL和CNFL样品的XRD谱图,CNFL薄膜(B) Co 2p、

(C) Ni 2p、(D) Fe 2p的高分辨率光谱,(E) FTIR和(F) CNFL样品的拉曼光谱。

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图4所示。

(A)简历补偿中子测井曲线,节能灯,NFL和CNFL电极的扫描速率5 mV s – 1,

(B)肾小球囊性肾病曲线CNFL电极在不同的电流密度,

(C)的变化能力保留和周期数和

(D)尼奎斯特块补偿中子测井,节能灯,NFL和CNFL电极

(前插图:放大更高的频率区域和底部插图:等效电路图)。


分析:

研究者通过简便的电沉积方法成功地制备了Co、Ni和Fe基的二元和三元层状双氢氧化物(LDHs),并对其电化学性能进行了比较。本研究的结论是,与二元CoNi、CoFe和NiFe LDHs相比,三元CoNiFe LDH在超级电容器和OER催化应用中表现出更好的电化学性能。

在电流密度为0.4 a g-1时,三元CoNiFe LDH的最大比容量为360 C g-1,即使在更高的电流密度为10 a g-1时,其容量保留率仍为51%。经过2000次GCD循环,稳定性达到81.4%。在电催化研究中,三元CoNiFe LDH需要最小过电位196 mV才能达到10ma cm-2的电流密度,其Tafel斜率值为49 mV 12 -1。

CoNiFe LDH显示了良好的催化稳定性,在10小时后过电位(1.44到1.46 V)的增长非常小。因此,与二元LDH相比,电沉积的三元CoNiFe LDH是一种很有前途的电极材料,无论是在超级电容器还是电催化应用。

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838820344443

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