تهیه ماده الکترودی بر پایه نانوصفحات هیدروکسید کبالت به روش ترسیب کاتدی الکتروشیمیایی و بررسی عملکرد ابرخازنی

نویسندگان

پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، پژوهشکده چرخه سوخت، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق، نانوصفحات هیدروکسید کبالت به روش ترسیب الکتروشیمیایی از حمام نیتراتی تهیه شدند. آزمایش های ترسیب الکتروشیمیایی در دمای اتاق و در دانسیته جریان ثابت 5/0 میلی آمپر بر سانتی متر مربع انجام شدند. ساختار و مورفولوژی پودر هیدروکسیدی تهیه شده با آنالیزهای  پراش پرتو X، طیف سنجی زیر قرمز (IR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری مورد ب.ررسی قرار گرفت. نتایج مطالعات ساختاری نشان داد که محصول تهیه شده فاز کاملا خالص β هیدروکسید کبالت می باشد. همچنین، مشاهدات SEM و TEM نشان داد که نمونه تهیه شده دارای مورفولوژی صفحه ای شش ضلعی در ابعاد نانومتری می باشد. اندازه اضلاع نانوصفحات 100-200 نانومتر می باشد. رفتار ابرخازنی نانوصفحات تهیه شده به تکنیک های ولتامتری چرخه ای و شارژ-دشارژ ارزیابی شد. برای این منظور، ولتامتری چرخه ای و تست های شارژ- دشارژ الکترودهای ساخته شده از نانوصفحات تهیه شده در الکترولیت 1 مولار KOH و پنجره‌ی پتانسیلی 2/0- تا 55/0 ولت نسبت به الکترود رفرنس Ag/AgCl گرفته شد. مقدار ظرفیت محاسبه شده برای سیکل اول در تست های شارژ-دشارژ برابر با 5/915 فارد بر گرم بود که به مقادیر محاسبه شده از منحنی‌های CV بسیار نزدیک بود. همچنین برای سیکل 500 ام ظرفیتی برابر با 7/894 فارد بر گرم محاسبه شد که تنها 2 درصد کاهش نسبت به ظرفیت محاسبه شده از سیکل اول را نشان داد. این نتایج تایید کرد که نانوصفحات β-Co(OH)2  ظرفیت ابرخازنی بسیار خوب و عمر سیکلی کاملا بالایی دارند بطوریکه می‌توانند کاندیدای خوبی برای استفاده در ابرخازن‌ها باشند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation of supercapacitor electrode material based on the cobalt hydroxide nanoplates via cathodic electrodeposition and investigation of its supercapacitive performance

چکیده [English]

In this study, cobalt hydroxide nanoplates were prepared from nitrate bath by electrochemical deposition method. Electrodeposition experiments were performed at a current density of 0.5 mA cm-2 in RT condition. The structure and morphology of the prepared sample were investigated via XRD, FT-IR, SEM and TEM analyses. The structural analyses by XRD and IR showed that the prepared deposit has pure β phase of Co(OH)2. Also, SEM and TEM observations revealed that the prepared sample has hexagonal plate-like morphology at nano-scale. The edge lengths of the plates range from 100 to 200 nm. The supercapacitive behavior of the prepared nanoplates was evaluated by cyclic voltammetry (CV) and charge-discharge tests. For this purpose, CV and charge-discharge tests of the electrode prepared from hydroxide nanoplates were conducted in the potential window of -0.2-0.55 V vs. Ag/AgCl at 1M KOH electrolyte. For first cycle of charge-discharge, the capacity as high as 915.5 F g-1 was measured which is in agreement with the values calculated form CV curves. Also, the capacity of 894.7 F g-1 was calculated for the 500th cycle, which only 2% capacity decay. These results confirmed that the β-Co(OH)2 nanoplates have excellent supercapacitive behavior and high cycle life, which can be a promising candidate for the electrochemical supercapacitors.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanoplates
  • Cobalt hydroxide
  • Electrochemical deposition
  • Supercapacitive behavior