Повышенные электрохимические характеристики магнитной гусеницы

Jul 08, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7822 (2023) Цитировать эту статью

902 Доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Пористые нановолокна MgFe2O4 (Mg0.5Ni0.5Fe2O4), содержащие Ni, были синтезированы методом золь-гель электроформования. Оптическая ширина запрещенной зоны, магнитные параметры и электрохимические емкостные характеристики приготовленного образца сравнивались с исходными электроформованными MgFe2O4 и NiFe2O4 на основе структурных и морфологических свойств. Рентгеноструктурный анализ подтвердил кубическую структуру шпинели образцов, а размер их кристаллитов оценивается как менее 25 нм с использованием уравнения Уильямсона-Холла. Изображения FESEM продемонстрировали интересные наноремни, нанотрубки и волокна гусеничной формы для электропрядения MgFe2O4, NiFe2O4 и Mg0,5Ni0,5Fe2O4 соответственно. Спектроскопия диффузного отражения показала, что пористые нановолокна Mg0,5Ni0,5Fe2O4 обладают шириной запрещенной зоны (1,85 эВ) между расчетным значением для нанолент MgFe2O4 и нанотрубок NiFe2O4 из-за эффектов легирования. Анализ VSM показал, что намагниченность насыщения и коэрцитивная сила нанолент MgFe2O4 увеличиваются за счет включения Ni2+. Электрохимические свойства образцов, покрытых пеноникелем (НФ), исследовали методами CV, GCD и EIS в 3 М электролите КОН. Электрод Mg0,5Ni0,5Fe2O4@Ni продемонстрировал самую высокую удельную емкость 647 Ф г-1 при 1 А г-1 благодаря синергетическому эффекту нескольких валентных состояний, исключительной пористой морфологии и наименьшему сопротивлению переносу заряда. Пористые волокна Mg0,5Ni0,5Fe2O4 показали превосходное сохранение емкости - 91% после 3000 циклов при 10 А г-1 и заметный кулоновский КПД - 97%. Кроме того, асимметричный суперконденсатор с активированным углем Mg0.5Ni0.5Fe2O4// показал хорошую плотность энергии 83 Вт·ч кг-1 при плотности мощности 700 Вт кг-1.

Постоянно растущий мировой спрос на энергию требует разработки устройств хранения энергии и материалов с впечатляющей удельной емкостью и блестящей стабильностью цикла, таких как суперконденсаторы1. Одномерные (1D) нановолокна, обеспечивающие многочисленные активные центры для поглощения ионов, потенциально являются одним из лучших вариантов в качестве электрода для хранения энергии благодаря своей великолепной морфологии1,2. Электроспиннинг — это эффективный, экономичный, контролируемый по диаметру, удобный и быстрый метод изготовления различных видов одномерных наноструктур, таких как нановолокна, наноремни и нанотрубки, с выдающимися характеристиками, такими как отличная циклическая стабильность, значительная емкость и подходящая ионная проводимость. . Различные критерии, такие как параметры раствора (прекурсоры, вязкость и растворитель), скорость потока, приложенное напряжение, скорость нагрева и температура, оказывают существенное влияние на морфологию электроформованных наноструктур3. Ферриты металлошпинели, широко известные как MFe2O4 (M: ион двухвалентного металла), в которых ионы M и Fe могут располагаться как в тетраэдрических, так и в октаэдрических положениях в плотной кубической упаковке кислорода, в последние несколько лет привлекли широкое внимание из-за своей простоты. синтеза, высокая электропроводность, низкие электрические потери и присущая токсичность, физическая и химическая стабильность, спонтанная магнитная и электрохимическая природа, что приводит к применению в различных областях техники4,5. Ранее суперемкостное поведение нановолокон C/CuFe2O46, Fe2O3@SnO27 и ZnOFe2O48 широко изучалось.

Феррит магния (MgFe2O4), обладающий шириной запрещенной зоны 2,18 эВ, представляет собой хорошо известный полупроводниковый материал n-типа, который в основном используется в качестве поглотителя микроволнового излучения и литий-ионных батарей из-за умеренной намагниченности насыщения и высокой химической стабильности9,10,11. Феррит никеля (NiFe2O4) представляет собой полупроводник n-типа, обладающий низкой коэрцитивной силой и высоким удельным электрическим сопротивлением12. И MgFe2O4, и NiFe2O4 обладают кубической инверсной шпинельной структурой. В структуре инверсной шпинели двухвалентный катион (Mg2+, Ni2+) занимает половину координации октаэдрических B-позиций, а трехвалентный катион (Fe3+) располагается в тетраэдрических A-позициях, а также половину октаэдрических B-позиций4,13,14. 15,16,17.