Investigation of characteristics of binary Ni–Co oxy­hydroxides for supercapacitor application

Autor: Kovalenko, Vadym, Kotok, Valerii, Sykchin, Alexey, Kovalenko, Ihor, Berzenina, Oksana, Stoliarenko, Viktoriia, Plaksiienko, Iryna, Pysarenko, Pavlo, Samojlik, Marina
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 1, № 12 (103) (2020): Materials Science; 15-23
Восточно-Европейский журнал передовых технологий; Том 1, № 12 (103) (2020): Материаловедение; 15-23
Східно-Європейський журнал передових технологій; Том 1, № 12 (103) (2020): Матеріалознавство; 15-23
ISSN: 1729-3774
1729-4061
Popis: Binary Ni-Co compounds, namely oxyhydroxides and cobaltates of nickel, are promising active compounds for supercapacitors. The characteristics of binary Ni-Co oxyhydroxides synthesized using the method of high-temperature two-stage synthesis with hot and cold hydrolysis were studied. The crystal structure of the samples was studied by means of X-ray diffraction and thermogravimetry, particle morphology –scanning electron microscopy, electrochemical characteristics – cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge cycling.By means of scanning electron microscopy, it was found that the samples of cold and hot hydrolysis are nano-structured powders composed of flower-like particles, composed of 70–90 nm thick plates. The results of XRD and thermogravimetric analyses revealed that both samples are binary Ni-Co oxyhydroxides (hydrated nickel cobaltates with different hydration levels) with the presence of pure nickel cobaltate. Hot hydrolysis samples contain less water and more nickel cobaltate. Cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge cycling revealed that in the cold hydrolysis Ni-Co sample, only the nickel component is electrochemically active. The maximum capacity of the cold hydrolysis sample is 185.7 F/g (at 10 mA/cm2). With the increase of current density to 120 mA/cm2, the specific capacity drops by 4.47 times. The hot hydrolysis sample was found to have both nickel and cobalt components active: the sample having increased capacity with increasing current density from 10 mA/cm2 to 120 mA/cm2 by 1.25 times, up to 192.5 F/g. The hot hydrolysis sample was found to possess high reversibility and high effectiveness of the electrochemical component from cycle 1
Бинарные соединения Ni-Co, в частности оксигидроксиды и кобальтат никеля, являются перспективными активными веществами суперконденсаторов. Изучены характеристики бинарных Ni-Co окси-гидроксидов, полученных высокотемпературным двухступенчатым синтезом при использовании горячего и холодного гидролиза. Кристаллическая структура образцов изучена методом рентгенофазового анализа и термогравиметрии, морфология частиц – методом сканирующей электронной микроскопии, электрохимические характеристики – методами циклической вольтамперометрии и гальваностатического зарядно-разрядного циклирования в суперконденсаторном режиме.Методом сканирующей электронной микроскопии показано, что образцы холодного и горячего гидролиза состоят из наноструктурированных частиц типа «бутон цветка», сформированных пластинчатыми первичными частицами толщиной 70-90 нм. Методами рентгенофазового анализа и термогравиметрии показано, что оба образца являются гидратированными кобальтатами никеля с разной степенью гидратации, при наличии чистого кобальтата никеля. Циклической вольтамперометрией и гальваностатическим зарядно-разрядного циклированием показано, что в образце Ni–Co окси-гидроксида холодного гидролиза электрохимически активна только никелевая составляющая. Максимальная емкость образец холодного гидродиза – 185,7 Ф/г (при 10 мА/см2). С повышением плотности тока циклирования до 120 мА/см2 удельная емкость падает в 4,47 раза. Для образца горячего гидролиза выявлена активность как никелевой, так и кобальтовой составляющей: при росте плотности тока циклирования с 10 мА/см2 до 120 мА/см2 удельная емкость возрастает в 1,25 раза до 192,5 Ф/г. Для образца горячего гидролиза показана очень высокая обратимость и высокая эффективность с 1 цикла работы
Бінарні сполуки Ni-Co, такі як оксі-гідроксиди та кобальтат нікелю, є перспективними активними речовинами суперконденсаторів. Вивчено характеристики бінарних Ni-Co оксі-гідроксидів, отриманих высокотемпературним двухступеневим синтезом при використанні гарячого та холодного гідролізу. Кристалічна структура зразків вивчена методом ренгенофазового аналізу та термогравіметрії, морфологія часток – методом скануючої електронної мікроскопії, електрохімічні характеристики – методами циклічної вольтамперометрії та гальваностатичного зарядно-розрядного циклювання в суперконденсаторному режимі.Методом скануючої електронної мікроскопії показано, что зразки холодного і гарячего гідролізу складаються із наноструктурованих часток типа «бутон квітки», сформованих пластинчатими первинними частками товщиною 70-90 нм. Методами рентгенофазового аналізу та термогравіметрії показано, що обидва зразки є гідратованими кобальтатами нікелю з різним ступенем гідратації, при наявності чистого кобальтату нікелю. Циклічною вольтамперометрією та гальваностатичним зарядно-розрядним циклюванням показано, що в зразку Ni–Co оксі-гідроксида холодного гідролізу електрохімічно активною є тільки нікелева складова. Максимальна ємність зразку холодного гідролізу – 185,7 Ф/г (при 10 мА/см2). З підвищенням густини струму циклювання до 120 мА/см2 питома ємність падає в 4,47 рази. Для зразка гарячого гідроліза виявлена активність як нікелевої, так і кобальтової складової: при зростанні густини струму циклювання з 10 мА/см2 до 120 мА/см2 питома ємність збільшується в 1,25 рази до 192,5 Ф/г. Для зразку гарячого гідролізу показана дуже висока оберненість та висока ефективність з 1 циклу роботи
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: