رسوب نشانی اسپینل کبالتیت نیکل روی فوم نیکل به روش الکتروشیمیایی جریان ثابت و کاربرد ابرخازنی آن

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 4، دوره 10، شماره 35، اردیبهشت 1398، صفحه 39-48   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

مجید میرزایی^{* 1}؛ چنگیز دهقانیان²

¹دانشجوی دکتری تخصصی-دانشگاه تهران- پردیس دانشکده فنی- دانشکده مهندسی مواد و متالورژی

²استاد گروه خوردگی و حفاظت از مواد- دانشگاه تهران- پردیس دانشکده فنی- دانشکده مهندسی مواد و متالورژی

تاریخ دریافت: 28 اردیبهشت 1397،  تاریخ بازنگری: 20 فروردین 1398،  تاریخ پذیرش: 15 اردیبهشت 1398 

چکیده

روشی ساده و جدید برای سنتز نانوگل‏های کبالتیت نیکل با استفاده از روش الکتروشیمیایی و عملیات حرارتی در دمای مشخص ایجاد شد. این روش شامل رسوب نشانی همزمان پیش ماده‏های هیدروکسیدی نیکل و کبالت روی زیرلایه فوم نیکلی می‏باشد و در ادامه تبدیل پیش ماده‏ی هیدروکسیدی به اکسیدی با استفاده از عملیات حرارتی منجر به ایجاد ساختار اسپینل کبالتیت نیکل می‏شود. پوشش حاصله با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، طیف اسپکتروسکوپی فوتوالکترون اشعه‏ی ایکس(XPS) و آزمون الکتروشیمیایی ولتامتری سیکلی(CV) ارزیابی می‏شود. ترکیب هوشمند نانوساختار کبالتیت نیکل و فوم نیکل یک هم افزایی فوق العاده با عملکرد فوق العاده خازنی را ایجاد خواهد کرد. فوم متخلخل و نانوساختار کبالتیت نیکل به دلیل سطح ویژه‏ی بالا می‏توانند نفوذ یون‏ها را به مکان های الکترواکتیو سرعت ببخشندومسیر نفوذ یون‏ها را کوتاه بکند. طبق XPS کوپل دوتاییCo2+/Co3+ وNi2+/Ni3+ خواص خازنی را بهبود خواهد داد. همچنین با استفاده از آزمون CV در سرعت روبش mV/s 5 و دانسیته جریان mA/cm2 0/3- به ظرفیت خازنی F/g 2196 خواهیم رسید. نمودار ولتامتری سیکلی رفتار شبه خازنی الکترود را تایید می‏کند. عملکرد الکتروشیمیایی مناسب این الکترود به ساختار منحصر به فرد آن برمی‏گردد (نتایج SEM) که می‏تواند یه ماده‏ی بالقوه برای انرژی و کاربردهای سازگار با محیط زیست باشد.

کلیدواژه‌ها

کبالتیت نیکل؛ ابرخازن؛ مشخصه یابی پیشرفته XPS

عنوان مقاله [English]

Deposition of spinel cobalt nickel on nickel foam by a constant current electrochemical method and its supercapacitor application

نویسندگان [English]

Majid Mirzaee¹؛ Changiz Dehghanian²

¹University of Tehran, Faculty of Engineering, School of Metallurgy and Materials Engineering, Tehran, Iran

²School of Metallurgy and Materials Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

چکیده [English]

A facile synthesis of novel flower-like NiCo2O4 was developed based on an electrochemical method and subsequent calcination method. The synthesis involved the co-electrodeposition of a bimetallic (Ni,‏Co) hydroxide precursor on a Ni foam support and subsequent thermal transformation to spinel mesoporous NiCo2O4. The coating was evaluated using scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and electrochemical cyclic voltammetric (CV) test. The smart combination of NiCo2O4 nanostructures and Ni foam showed a promising synergistic effect or capacitors with greatly enhanced performance. The porous foam and NiCo2O4 can provide a large surface area and accelerated the diffusion of the active species. According to XPS results, The combination of cobalt and nickel anions in NiCo2O4 afforded binary redox couples of Co2+/Co3+ and Ni2+/Ni3+ that will largely enhance the capacitive properties. This novel material exhibited a high specific capacitance of 2196 F/g at a scan rate of 5mV/s within a -3/0 mA/cm2 current density. The CV curve confirmed the pseudocapacitor behavior of the electrode. The good electrochemical performances suggested that these unique hierarchical (SEM results) NiCo2O4 could be promising materials for energy and environmentally related applications.

کلیدواژه‌ها [English]

Cobaltite Nickel, Supercapacitor, Advanced XPS characteristics

مراجع

References: 1 - ضرابیان, مینا, فقیهی ثانی, محمد علی, سیمچی,
عبدالرضا. ) 1389 (. ساخت نانوکامپوزیت NiO-YSZ برای
آند پیل سوختی اکسید جامد به روش لایهنشانی
الکتروفورتیک . فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین 1 ( 1 ،) -7061.
2-Wei, T.Y., et al., A cost‐effective supercapacitor material of ultrahigh specific capacitances: spinel nickel cobaltite aerogels from an epoxide‐driven sol–gel process. Advanced materials, 2010. 22(3): p. 347-351.
3- Marco, J., et al., Characterization of the nickel cobaltite, NiCo2O4, prepared by several methods: an XRD, XANES, EXAFS, and XPS study. Journal of Solid State Chemistry, 2000. 153(1): p. 74-81.
4-Chen, Y., et al., High-performance supercapacitor and lithium-ion battery based on 3D hierarchical NH 4 F-induced nickel cobaltate nanosheet–nanowire cluster arrays as self-supported electrodes. Nanoscale, 2013. 5(20): p. 9812-9820.
5- Wang, G., L. Zhang, and J. Zhang, A review of electrode materials for electrochemical supercapacitors. Chemical Society Reviews, 2012. 41(2): p. 797-828.
6- Zhang, Y., et al., Selective synthesis of hierarchical mesoporous spinel NiCo2O4 for high-performance supercapacitors. Nanoscale, 2014. 6(8): p. 4303-4308.
7- Du, J., et al., Ultrathin porous NiCo2O4 nanosheet arrays on flexible carbon fabric for high-performance supercapacitors. ACS applied materials & interfaces, 2013. 5(15): p. 7405-7409.
8- Yuan, C., et al., Ultrathin mesoporous NiCo2O4 nanosheets supported on Ni foam as advanced electrodes for supercapacitors. Advanced Functional Materials, 2012. 22(21): p. 4592-4597.
9- Ash, B., R.K. Paramguru, and B.K. Mishra, Electrode reactions during electrolytic preparation of nickel hydroxide. Electrochemistry Communications, 2010. 12(1): p. 48-51.
10- Xiao, J .and S. Yang, Sequential crystallization of sea urchin-like bimetallic (Ni, Co) carbonate hydroxide and its morphology conserved conversion to porous NiCo2O4 spinel for pseudocapacitors. RSC Advances, 2011. 1(4): p. 588-595 .
11- Cui, B., et al., Core–ring structured NiCo2O4 nanoplatelets: synthesis, characterization, and electrocatalytic
47 مجله مواد نوین/ جلد 9/شماره 3 / بهار 1398
applications. Advanced Functional Materials, 2008. 18(9): p. 1440-1447.
12- Lei, Y., et al., Rapid microwave-assisted green synthesis of 3D hierarchical flower-shaped NiCo2O4 microsphere for high-performance supercapacitor. ACS applied materials & interfaces, 2014. 6(3): p. 1773-1780.
13- Wang, H.-Q., et al., Porous nano-MnO2: large scale synthesis via a facile quick-redox procedure and application in a supercapacitor .New Journal of Chemistry, 2011. 35(2): p. 469-475.
14- Kim, J.-G., et al., Analysis of the NiCo2O4 spinel surface with Auger and X-ray photoelectron spectroscopy. Applied surface science, 2000. 165(1): p. 70-84.
15- Wang, S., et al., Time and temperature dependent multiple hierarchical NiCo2O4 for high-performance supercapacitors. Dalton