Hydrothermisch gesynthetiseerd van CoMoO4-microsferen als uitstekend elektrodemateriaal voor supercondensator

Abstract

De enkelfasige CoMoO₄ werd bereid via een gemakkelijke hydrothermische methode in combinatie met een calcineringsbehandeling bij 400 ° C. De structuren, morfologieën en elektrochemische eigenschappen van monsters met verschillende hydrothermische reactietijden werden onderzocht. De microbolletjesstructuur, die bestond uit nanovlokken, werd waargenomen in monsters. De specifieke capaciteiten bij 1 A g⁻¹ zijn 151, 182, 243, 384 en 186 F g⁻¹ voor monsters met de hydrothermische tijden van respectievelijk 1, 4, 8, 12 en 24 uur. Bovendien vertoont het monster met een hydrothermische tijd van 12 uur een goed snelheidsvermogen en behoudt 45% van de initiële capaciteit wanneer de stroomdichtheid toeneemt van 1 tot 8 A g⁻¹ . De hoge vasthoudcapaciteiten van monsters tonen de fijne lange cyclusstabiliteit na 1000 laad-ontlaadcycli bij een stroomdichtheid van 8 A g⁻¹ . De resultaten geven aan dat CoMoO₄ monsters kunnen een keuze zijn uit uitstekende elektrodematerialen voor supercondensatoren.

Achtergrond

Het is belangrijk om de conversie en opslag van hernieuwbare alternatieve energie te ontwikkelen vanwege het snelle verval van fossiele brandstoffen. Supercondensator, als een soort energieopslagapparaat, heeft de afgelopen jaren veel aandacht gekregen [1,2,3,4,5]. Supercondensatoren vertonen gewenste prestaties, zoals hoge vermogensdichtheid, korte oplaadtijd en lange levensduur [6,7,8]. Volgens het mechanisme van ladingsopslag kunnen supercondensatoren worden ingedeeld in elektrochemische dubbellaagse condensatoren (EDLC's) en redox-elektrochemische condensatoren (d.w.z. pseudocapaciteit (pc's)). Het ladingsopslagmechanisme van EDLC's is gerelateerd aan de omkeerbare adsorptie en desorptie van elektrolyte-ionen op het elektrode-/elektrolytoppervlak, terwijl dat van pc's verband houdt met de redoxreacties op het elektrodeoppervlak [4, 6, 8, 9]. Daarom, of het nu voor EDLC's of pc's is, de elektroden zijn erg belangrijk en het is noodzakelijk om een interessant elektrodemateriaal te vinden voor toepassing van supercondensatoren. Over het algemeen is de energiedichtheid van pc's hoger dan die van EDLC's [10, 11]. Veel metaaloxidematerialen, zoals NiO [12, 13], Co₃ O₄ [3], CuO [14], MnO₂ [15], en SnO₂ [16], hebben veel aandacht getrokken voor het gebruik als supercondensatorelektroden. Onder deze metaaloxiden zijn molybdeenoxiden en kobaltoxiden de veelbelovende kandidaten voor toepassingen vanwege de hoge redoxactiviteit, meerdere oxidatietoestanden, hoge theoretische specifieke capaciteit, omkeerbare opslag van kleine ionen en lage kosten [11]. Zhou et al. voorbereid MoO₂ nanodeeltjes, en het monster vertoont een hoge specifieke capaciteit van 621 F g⁻¹ [17], en Wu et al. onderzocht de eigenschappen van MoO₂ /CNT's met de capaciteit van 467,4 F g⁻¹ [18].

Gemengde metaaloxiden hebben veel aandacht getrokken vanwege hun hoge redoxactiviteit, goede elektrische geleidbaarheid, omkeerbare opslag van kleine ionen en lage kosten [11]. Onder hen hebben de metaalmolybdaten veel aandacht getrokken voor de toepassing van energieopslag. Zoals NiMoO₄ [19,20,21], MnMoO₄ [22, 23], CoMoO₄ [6, 8, 11, 24, 25] en andere metaalmolybdaten zijn uitgebreid onderzocht als uitstekende elektrodematerialen voor supercondensatoren. Zoals gerapporteerd in Ref. [26,27,28], CoMoO₄ is voordelig vanwege de lage kosten en niet-toxiciteit en vertoont verbeterde elektrochemische eigenschappen. Veerasubramani et al. bereidde de plaatachtige CoMoO₄ met een specifieke capaciteit van ongeveer 133 F g⁻¹ bij 1 mA cm⁻² [26]. Padmanathan et al. synthetiseerde de α-CoMoO₄ nanoflakes/CFC gebruikt als symmetrische supercondensator met een specifieke capaciteit van 8,3 F g⁻¹ bij een stroomdichtheid van 1 A g⁻¹ in organisch elektrolyt [29]. Bovendien, Kazemi et al. verkreeg de paardenbloem-vorm CoMoO₄ met een uitstekende specifieke capaciteit van 2100 F g⁻¹ bij een stroomdichtheid van 1 A g⁻¹ [8]. Xia et al. meldde dat de CoMoO₄ /grafeencomposieten tonen een specifieke capaciteit van 394,5 F g⁻¹ (bij de scansnelheid van 1 mV s⁻¹ ), wat ongeveer 5,4 keer de waarde is van pure CoMoO₄ [30].

In dit artikel wordt de CoMoO₄ nanovlokken werden gesynthetiseerd door een eenvoudige hydrothermische methode bij verschillende hydrothermische reactietijden, gevolgd door calcineren bij 400 ° C in een moffeloven. De elektrochemische eigenschappen van monsters werden onderzocht met behulp van de methoden van cyclische voltammetrie (CV), galvanostatische lading-ontlading (GCD) en elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS). Volgens de GCD-testresultaten vertonen de monsters specifieke capaciteiten van 151, 182, 243, 384 en 186 F g⁻¹ bij een stroomdichtheid van 1 A g⁻¹ in 2 M KOH-elektrolyt. Het monster CMO-12 toont een interessante elektrochemische eigenschap.

Experimenteel

Synthese van CoMoO₄

De CoMoO₄ monsters werden gesynthetiseerd door een eenvoudige hydrothermische methode. Ten eerste 0,4410 g Co(NO₃ )₂ ·6H₂ O en 0,2675 g (NH₄ )₆ Ma₇ O₂₄ ·4H₂ O (AHM) werden opgelost in 30 ml gedestilleerd water onder magnetisch roeren gedurende 10 minuten bij kamertemperatuur om een heldere gemengde oplossing te verkrijgen. Ten tweede werd 0,3621 g ureum langzaam toegevoegd aan de gemengde oplossing van Co(NO₃ )₂ ·6H₂ O en AHM onder magnetisch roeren. Het mengsel werd 1 uur geroerd om een homogene oplossing te vormen. Vervolgens werd de homogene oplossing overgebracht in een met teflon beklede roestvrijstalen autoclaaf van 50 ml en gedurende 1 uur in een elektrische oven op 180 ° C gehouden. Andere monsters werden bereid met de hydrothermische tijden van respectievelijk 4, 8, 12 en 24 uur. De as-gesynthetiseerde producten werden met de oven afgekoeld tot kamertemperatuur. Vervolgens werd de resulterende oplossing gecentrifugeerd met gedestilleerd water en ethanol. Het verkregen neerslag werd 10 uur in een vacuümoven bij 60°C gedroogd. Ten slotte werd het gedroogde neerslag gedurende 2 uur bij 400 ° C in een moffeloven gecalcineerd om de eindproducten te verkrijgen. De eindproducten werden respectievelijk gemarkeerd als CMO-1, CMO-4, CMO-8, CMO-12 en CMO-24.

Materiaalkarakterisering

De kristallijne structuren van monsters werden bepaald door röntgendiffractie (XRD; Bruker, D8 Discover) bij 40 kV en 40 mA. De morfologieën van monsters werden onderzocht met veldemissie scanning elektronenmicroscopie (FE-SEM; Zeiss, SUPRA 40) en transmissie-elektronenmicroscopie (TEM; JEM-2100). De stikstofadsorptie-desorptie-isothermen van monsters werden verkregen met behulp van het Autosorb-iQ-fysico-adsorptieapparaat. Vervolgens werden de specifieke oppervlaktegebieden en poriegrootteverdelingen van monsters verkregen met de methoden van Brunauer-Emmett-Teller (BET) en Barrett-Joyner-Halenda (BJH).

Voorbereiding van de werkende elektrode en elektrochemische metingen

De werkelektroden werden geprepareerd volgens de in de literatuur beschreven methode [31]. De gesynthetiseerde producten, acetyleenzwart en polytetrafluorethyleen (PTFE) werden gemengd met een gewichtsverhouding van 70:20:10 om een homogene pasta te vormen. Vervolgens werd het aangebracht op het gereinigde nikkelschuim met een oppervlakte van 1 cm × 1 cm. Na 6 uur drogen in een vacuümoven bij 50 ° C om het oplosmiddel te verwijderen, werd het nikkelschuim vervolgens gedurende 2 minuten bij 10 MPa met een parelmachine geperst. De massa van het actieve materiaal op de elektrode was ongeveer 3~5 mg.

De elektrochemische eigenschappen van monsters werden gekarakteriseerd door gebruik te maken van een CS 350 elektrochemisch werkstation (CorrTest, Wuhan) bij kamertemperatuur. Twee mol per liter KOH-oplossingen werden gebruikt als de elektrolytoplossing en bij de meting werd een systeem met drie elektroden gebruikt. CoMoO₄ , platina en een verzadigde calomelelektrode (SCE) dienden respectievelijk als de werkelektrode, de tegenelektrode en de referentie-elektrode. De CV-curven werden uitgevoerd in het potentiële bereik van -0,2 tot +-0,6 V bij verschillende scansnelheden van 5, 10, 20, 40, 50 en 100 mV s⁻¹ . GCD-curven zijn getest bij verschillende stroomdichtheden van 1, 1,5, 2, 3, 5 en 8 A g⁻¹ . EIS van monsters werd onderzocht van 0,01 Hz tot 100 kHz.

Resultaten en discussie

Structurele en morfologische karakterisering

Zoals weergegeven in Fig. 1 komen XRD-patronen van monsters overeen met het standaardpatroon van CoMoO₄ (JCPDS No. 21-0868), en ze zijn vergelijkbaar zoals gerapporteerd in vorige [6, 8, 32, 33]. De diffractiepieken bij 13,1°, 19,1°, 23,3°, 26,5°, 27,2°, 28,3°, 32,0°, 33,6°, 36,7°, 40,2°, 43,6°, 47,0°, 52,1°, 53,7°, 58,4° en 64,5° komen overeen met reflecties van de (001), ($ \overline{2} $01), (021), (002), ($ \overline{1} $12), ($ \ overline{3} $11), ($ \overline{1} $31), ($ \overline{2} $22), (400), (003), ($ \overline{2 } $41), (241), ($ \overline{2} $04), ($ \overline{4} $41), (024) en (243) vlakken, respectievelijk. Zoals weergegeven in Fig. 1 zijn de bredere en zwakkere diffractiepieken van de XRD-patronen voor CoMoO₄ monsters werden waargenomen, wat wijst op de zwakkere kristallisatie in monsters. Zoals gerapporteerd in Ref. [8, 34], de zwakkere kristalliniteit speelt een cruciale rol bij het verbeteren van het elektrochemische gedrag in supercondensatortoepassingen.

XRD-patronen van vijf monsters

De oppervlaktemorfologieën van CoMoO₄ monsters werden gekenmerkt door SEM en TEM. Zoals getoond in Fig. werden microbolletjesstructuren waargenomen voor alle monsters, en de microbolletjes bestonden uit nanovlokken. Met de toename van de hydrothermische tijd neemt de dikte van nanoplaten eerst toe en vervolgens af, en de dikste nanovlokken werden in het monster verkregen met de hydrothermische tijd van 12 uur. Figuur 3a, b tonen de energie-dispersieve spectroscopie (EDS) element mapping-afbeeldingen en het EDS-spectrum van CMO-12. Volgens de elementafbeeldingsafbeeldingen zijn Co-, Mo- en O-elementen uniform verdeeld in de microsfeer. De elementmolverhouding van Co, Mo en O is ongeveer 1:1:4, wat overeenkomt met de samenstelling van CoMoO₄ . Afbeelding 3c, d toont de TEM-afbeeldingen van de CMO-12. Zoals weergegeven in de inzet van Fig. 3c, onthullen de patronen met geselecteerde elektronendiffractie (SAED) de eenkristallijne aard van de CoMoO₄ . De duidelijke diffractievlekken kunnen worden toegewezen aan de ($ \overline{2} $22), (024), ($ \overline{1} $31) en (002) kristalvlakken van de CoMoO₄ . Afbeelding 3d is de HRTEM-afbeelding; het toont de roosterafstand van 0,34 en 0,27 nm, wat gerelateerd kan zijn aan de (002) en ($ \overline{1} $31) vlakken van CoMoO₄ , respectievelijk.

De lage en hoge vergroting SEM-afbeeldingen van monsters. een , b CMO-1. c , d CMO-4. e , v GMO-8. g , u CMO-12. ik , j CMO-24

een Energie-dispersieve spectroscopie (EDS) element mapping afbeelding en Co, Mo en O distributie. b Het EDS-spectrum en de inzet zijn molaire verhoudingspercentages van Co-, Mo- en O-elementen. c Hoge vergroting TEM en inzet zijn het geselecteerde gebiedselektronendiffractiepatroon. d De HRTEM-afbeelding van het CMO-12-monster

Afbeelding 4 toont de poriegrootteverdelingen en N₂ adsorptie-desorptie-isothermen van CoMoO₄ monsters. Volgens de N₂ adsorptie-desorptie-isothermen van monsters, alle isothermen vertonen het kenmerk van type IV met H₃ -type hysteresislussen. De specifieke INZET-oppervlakken van CMO-1, CMO-4, CMO-8, CMO-12 en CMO-24 zijn berekend op 18,4, 29,2, 42,8, 74,1 en 26,2 m² g⁻¹ , respectievelijk. Monster CMO-12 toont het hoogste BET-oppervlak, en het hoge BET-oppervlak zou het contactoppervlak van elektrode/elektrolyt kunnen vergroten en meer actieve plaatsen bieden voor efficiënt transport van elektronen en ionen in het elektrodesysteem [35]. Zoals weergegeven in figuur 4, bevinden scherpe pieken in poriegrootteverdelingen van monsters zich op respectievelijk 145,9, 74,1, 22,6, 27,9 en 75,3 nm. Het geeft aan dat er mesoporiën zijn in CMO-8 en CMO-24. Er worden echter enkele macroporiën gedetecteerd in monsters CMO-1, CMO-4 en CMO-24. Wanneer materialen worden gebruikt in supercondensatoren, kunnen mesoporische structuren van materialen ook het contactoppervlak tussen elektrode en elektrolyt vergroten; er zijn meer voldoende actieve plaatsen voor efficiënt transport van elektronen en ionen in het elektrodesysteem [36,37,38]. Daarom kan CMO-12 met het hoogste BET-oppervlak en de mesoporische structuur betere elektrochemische eigenschappen vertonen dan andere monsters.

Poriegrootteverdelingen en N₂ adsorptie-desorptie-isothermen van monsters

Elektrochemische karakterisering

CV-curven van CoMoO₄ monsters met verschillende scansnelheden van 5–100 mV s⁻¹ in 2 M KOH elektrolyt met een potentiaalbereik van -0,2 V tot + -0,6 V (vs. Hg/HgO) worden getoond in Fig. 5a -e. De typische Faradische reactiepieken zijn duidelijk te zien in alle curven, wat erop wijst dat de CoMoO₄ elektroden zijn pseudocondensatorelektroden. De waargenomen redoxpiek is te wijten aan de ladingsoverdrachtskinetiek van Co²⁺ en Co³⁺ geassocieerd met de OH⁻ in elektrolyt [8, 26]. De redoxreactie van Co²⁺ /Co³⁺ wordt als volgt weergegeven [39, 40]:

$$ {\mathrm{CoMoO}}_4+{\mathrm{OH}}^{-}\to \mathrm{CoOOH}+{\mathrm{MoO}}_3+{\mathrm{e}}^{-} $$ (1) $$ \mathrm{CoOOH}+{\mathrm{OH}}^{-}\kern0.28em \iff \kern0.28em {\mathrm{CoO}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm {O}+{\mathrm{e}}^{-} $$ (2) $$ \mathrm{CoOOH}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{e}}^ {-}\kern0.28em \iff \kern0.28em \mathrm{Co}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2+{\mathrm{OH}}^{-} $$ (3)

De CV-curven bij verschillende scansnelheden van 5, 10, 20, 40, 50 en 100 mV s⁻¹ van voorbeelden a CMO-1, b CMO-4, c CMO-8, d CMO-12, en e CMO-24 in het potentiële venster varieerde van -0,2 tot +-0,6 V. f De specifieke capaciteit van monsters bij verschillende scansnelheden van 5–100 mV s⁻¹ . De inzet in f zijn de grafieken van anodische en kathodische piekstroom tegen de vierkantswortel van de scansnelheid

Zoals weergegeven in figuur 5a-e, verschuiven de redoxpieken met de toename van de scansnelheden naar respectievelijk hogere en lagere potentialen. Het potentiaalverschil tussen oxidatiepieken en reductiepieken nam ook toe met de verhoogde scansnelheid. Het geeft aan dat de onomkeerbare mate en de quasi-reversibele reactie toenemen met de toename van de scansnelheid [36, 41]. De verschuiving heeft voornamelijk te maken met de interne weerstand van de elektrode en de polarisatie veroorzaakt door een hoge scansnelheid [36, 42]. Er werd een bijna lineaire relatie tussen redoxpiekenpotentialen en de vierkantswortel van de scansnelheid waargenomen, die te zien is in de inzet van figuur 5f. De ongeveer lineaire relatie geeft ook aan dat de reactiekinetiek tijdens het redoxproces waarschijnlijk wordt gecontroleerd door het ionendiffusieproces [6].

Volgens de CV-curven kan de specifieke capaciteit van monsters worden berekend met de volgende vergelijking:

$$ {C}_{\mathrm{sp}}=\frac{\int_{V_1}^{V_2} IdV}{m\times v\times \Delta V}, $$ (4)

waar C _sp (F g⁻¹ ) is de specifieke capaciteit, V ₁ en V ₂ zijn de start- en eindspanning, ∫IdV is de integrale oppervlakte van CV-curven, m (g) is de massa van actieve materialen die op de elektrode wordt geladen, v (mV s⁻¹ ) is de potentiële scansnelheid, en ∆V (V) is het sweep-potentiaalvenster. De specifieke capaciteiten van monsters werden berekend op basis van de CV-curven met behulp van Vgl. (4), die worden getoond in Fig. 5f. De specifieke capaciteiten van alle monsters nemen af naarmate de scansnelheden toenemen. Meer OH⁻ kan de actieve site bereiken met gunstiger omstandigheden bij een lage potentiële scansnelheid [31, 43]. Bovendien leidt een hogere scansnelheid tot uitputting of verzadiging van de protonen in de elektrolyt in de elektrode tijdens het redoxproces, en kan alleen het buitenoppervlak worden gebruikt voor de opslag van lading [41, 43, 44]. Wanneer de hydrothermische synthesetijd toeneemt van 1 tot 12 uur, vertonen de specifieke capaciteiten van monsters een duidelijke toename van 171,3 tot 315,7 F g⁻¹ met een scansnelheid van 5 mV s⁻¹ . De specifieke capaciteit neemt echter af van 315,7 naar 178,7 F g⁻¹ wanneer de hydrothermische tijd toeneemt van 12 tot 24 uur. Daarom vertoont het CMO-12-monster (d.w.z. de hydrothermische tijd is 12 uur) een uitstekende specifieke capaciteit. De specifieke capaciteit van 315,7 F g⁻¹ bij 5 mV s⁻¹ is beter dan die van 286 F g⁻¹ voor CoMoO₄ nanostaafjes [11] en 95.0 F g⁻¹ voor pure CoMoO₄ [45] en vergelijkbaar met 322.5 F g^− 1 voor RGO/CoMoO₄ [45].

Een dergelijke verbeterde elektrochemische eigenschap kan worden bevestigd door de volgende galvanostatische lading-ontladingstests. De GCD-tests van monsters zijn uitgevoerd bij verschillende stroomdichtheden van 1, 1,5, 2, 3, 5 en 8 A g⁻¹ in 2 M KOH-elektrolyt, en de resultaten worden getoond in Fig. 6a-e. De niet-lineaire GCD-curven kunnen worden toegeschreven aan de redoxreactie [46], en dit is consistent met de CV-curves. Zoals te zien is in deze curven, is de ontlaadtijd van CMO-12 aanzienlijk langer dan die van andere monsters, wat wijst op een veel hogere specifieke capaciteit in CMO-12. Dit kan verder worden bevestigd door de volgende berekende resultaten. De specifieke capaciteiten van CoMoO₄ elektrode kan worden berekend door de volgende vergelijking te gebruiken:

$$ C=\frac{I\times \Delta t}{m\times \Delta V}, $$ (5)

waar C (F g⁻¹ ) is de specifieke capaciteit, I (A) is de ontlaadstroom, ∆t (s) verwijst naar ontlaadtijden, m (g) is de massa van actief materiaal dat op het elektrodeoppervlak wordt geladen, en ∆V (V) is het toegepaste potentiaalvenster [6, 8, 26]. Figuur 6f toont de berekende specifieke capaciteit van monsters bij verschillende stroomdichtheden. Met de toename van de stroomdichtheid nemen de specifieke capaciteiten van monsters af. Dit kan worden toegeschreven aan het effectieve contact tussen ionen en elektro-actieve plaatsen van de elektrode. Bij hoge stroomdichtheid is er slechts een deel van de totale beschikbare reactieplaatsen omdat de elektrolyte-ionen een lage diffusie hebben, wat leidt tot een onvolledige insertiereactie en een lage specifieke capaciteit [19, 45]. Uit Fig. 6f kunnen we zien dat de CMO-12 de hoogste specifieke capaciteit heeft, namelijk 384, 337, 307, 269, 229 en 172 F g⁻¹ bij de stroomdichtheid van 1, 1,5, 2, 3, 5 en 8 A g⁻¹ , respectievelijk. De specifieke capaciteit van CMO-12 laat een goede snelheid zien. Bovendien is de specifieke capaciteit van CMO-12 ook hoger dan die gerapporteerd in sommige eerdere literatuur. Zoals gerapporteerd door Tian et al. [39], de specifieke capaciteit van naaldachtige Co-Mo-O is 302 F g⁻¹ bij een stroomdichtheid van 1 A g⁻¹ . De maximale specifieke capaciteit van CoMoO₄ was ongeveer 133 F g⁻¹ bij 1 mA cm⁻² in het artikel van Veerasubramani [26]. In ref. [29], de specifieke capaciteit van α-CoMoO₄ nanoflakes/CFC gebruikt als symmetrische supercondensator is slechts 8,3 F g⁻¹ bij een stroomdichtheid van 1 A g⁻¹ . Bovendien is een hoge ontladingssnelheid of een hoge stroomdichtheid erg belangrijk voor een echt supercondensatorapparaat, waarbij sprake is van een snel laad-ontlaadproces [43]. Bij een hoge stroomdichtheid van 8 A g⁻¹ , de specifieke capaciteiten voor de vijf samples zijn 97, 109, 148, 172 en 98 F g⁻¹ , respectievelijk.

De GCD-curves onder verschillende stroomdichtheden van 1, 1,5, 2, 3, 5 en 8 A g⁻¹ van voorbeelden a CMO-1, b CMO-4, c CMO-8, d CMO-12, en e CMO-24 in het potentiële venster varieerde van − 0,2 tot + 0,58 V. f De specifieke capaciteit van monsters berekend door GCD-resultaten

De stabiliteit van de CoMoO₄ elektroden werden gedetecteerd in 2 M KOH-elektrolyt met een stroomdichtheid van 8 A g⁻¹ voor 1000 cycli, die worden getoond in Fig. 7. Na 1000 cycli tonen de vijf monsters de retentie van respectievelijk 102,9, 87,8, 101,5, 94,2 en 100,5%. Voor de toename van specifieke capaciteit tijdens het cyclische laad-ontlaadproces zou dit kunnen worden toegeschreven aan activering van de CoMoO₄ oppervlak met de tijd [6]. Het maakt het oppervlak van CoMoO₄ volledig contact met de elektrolyt, wat leidt tot een verbetering van de elektrochemische eigenschappen [6, 47, 48]. Afbeelding 7b toont de coulombefficiëntie van CoMoO₄ monsters tijdens de 1000 laad-ontlaadcycli, die ook een hoge specifieke capaciteit vertoont. De resultaten geven aan dat al deze monsters een goede stabiliteit bij lange cycli hebben. De zeer specifieke capaciteit, grote snelheidscapaciteit en fijne stabiliteit bij lange cycli geven aan dat het CMO-12-monster uitstekende elektrochemische eigenschappen heeft.

een Fietsprestaties van de elektroden bij 8 A g⁻¹ . b De overeenkomstige coulombefficiëntie van monsters tijdens de fietstest

Om de elektrochemische eigenschap van CoMoO₄ . verder te evalueren elektrode, worden de EIS van vijf monsters geregistreerd in 2 M KOH-elektrolyt. Afbeelding 8 zijn de Nyquist-plots van vijf monsters. De Nyquist-grafieken vertegenwoordigen de frequentierespons van het elektrode/elektrolytsysteem [26, 49]. De EIS-spectra kunnen worden aangepast aan de hand van het equivalente schakelschema, dat is ingevoegd in figuur 8. De Nyquist-plot is samengesteld uit een halve cirkel bij hoge frequentie en een rechte lijn bij lage frequentie. De halve cirkeldiameter bij hoge frequentie vertegenwoordigt de ladingsoverdrachtsweerstand van het Faraday-interface (R _ct ), en de helling van de rechte lijn bij lage frequentie is de vertegenwoordiger van de typische Warburg-weerstand (W₀ ) [41], respectievelijk. CPE1 is een constant fase-element dat verantwoordelijk is voor de dubbellaagse capaciteit [43]. Bovendien is de serieweerstand R _s is de interne weerstand, die kan worden verkregen uit het snijpunt van de grafieken op de reële as [11]. De gemeten R _s waarden zijn respectievelijk 2,83, 2,41, 1,51, 1,22 en 2,26 Ω voor de vijf monsters. En de gemonteerde R _ct waarden van de vijf monsters zijn 1,69, 1,48, 0,72, 0,23 en 1,28 Ω. De EIS-resultaten laten zien dat het CMO-12-monster lagere waarden heeft van R _s en R _ct dan de andere vier monsters. Dit geeft aan dat het CMO-12-monster hogere elektronische en ionische geleidbaarheid heeft dan de andere monsters [35, 50, 51]. Bovendien heeft CMO-12 met mesoporiënstructuur een hoger BET-oppervlak dan de andere monsters. Het hoge BET-oppervlak en de goede geleidbaarheid zijn gunstig voor de redoxreactie in het elektrode/elektrolytsysteem.

EIS-spectra van monsters verkregen met een frequentie van 0,01 Hz tot 100 KHz. De inzet is de lokale versterking van EIS-spectra en het equivalente schakelschema

Conclusies

Samengevat, de CoMoO₄ microsferen zijn met succes gesynthetiseerd door hydrothermisch groeiproces in combinatie met calcineringsbehandeling. De hydrothermische synthesetijden zijn respectievelijk 1, 4, 8, 12 en 24 uur. XRD-patronen geven aan dat enkelfasige CoMoO₄ structuur is verkregen. SEM-afbeeldingen laten zien dat de microsferen waren samengesteld uit nanovlokken. De CMO-12, die werd voorbereid met de hydrothermische tijd van 12 uur, heeft uitstekende supercondensatorprestaties laten zien. Volgens GCD-tests zijn de specifieke capaciteiten van CMO-12 384, 337, 307, 269, 229 en 172 F g⁻¹ bij stroomdichtheden van 1, 1,5, 2, 3, 5 en 8 A g⁻¹ , terwijl het net 151, 182, 243 of 186 F g⁻¹ bereikte bij de huidige dichtheid 1 A g⁻¹ voor andere monsters met verschillende hydrothermische tijden. De behoudcapaciteiten van het CMO-12-monster na 1000 laad-ontlaadcycli bij een stroomdichtheid van 8 A g⁻¹ tonen de fijne lange cyclus stabiliteit. Dergelijk uitstekend capacitief gedrag kan worden toegeschreven aan de structuur van de microbolletjes en het hoge BET-oppervlak, en de goede geleidbaarheid in de CMO-12-elektrode is ook nuttig voor de verbetering van het capacitieve gedrag. De hoge specifieke capaciteit, het goede snelheidsvermogen en de uitstekende cyclusstabiliteit bevorderen de praktische toepassing van CoMoO₄ materialen in supercondensatoren.