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    Energy&Fuels:CC-Fe2O3/Na2WO4 NF的制備及其作為超級電容器電極材料的研究

    2021-08-31   易絲幫

    納米纖維單金屬氧化物是一種很有前途的電化學超級電容器(ESCs)電極材料。然而,在實際應用中,其循環穩定性、電容和倍率性能仍有待提高。為了提高電化學超級電容器(ESC)的性能,逐步開發出具有理想形態和高表面積的電極材料以及設計出更好的電極結構顯得至關重要。在此,研究者通過一步同軸靜電紡絲PVP-Fe(NO3)3和PVP/Na2WO4,隨后對產物進行煅燒處理制備了α-Fe2O3/Na2WO4納米纖維(NFs)。首先,制備了含不同α-Fe2O3/Na2WO4 NFs量的聚偏氟乙烯/N-甲基-2-吡咯烷酮溶液,其具有優異的加工性能和耐受性,隨后將該溶液澆鑄在導電碳布(CC)上作為一種獨特的電極材料,與Ag/AgCl相比,-0.8至0.8V之間的比電容高達265.54F/g。應用Cottrell和Dunn方程以獲得75.6%的電容(非法拉第)電流和24.4%的擴散插層(法拉第)電流。由兩段CC-Fe2O3/Na2WO4 NF電極組裝而成的鈕扣電池基對稱結構ESC在3.0M Na2SO4水性電解質中實現了1.6V的工作電壓,160F/g的比電容以及優異的循環穩定性,200次循環后初始電容保持率為93%,揭示了Fe2O3/Na2WO4 NF表面的快速離子捕獲氧化還原反應。當功率密度為514.28W/g時,CC-Fe2O3/Na2WO4 NF對稱ESC的能量密度為50Wh/kg。該研究證實了CC-Fe2O3/Na2WO4 NF復合材料可作為高性能對稱ESCs的理想電極材料。

     

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    圖1.靜電紡絲合成Fe2O3/Na2WO4 NFs并通過PVDF澆鑄法將其涂覆在碳布上,以及鈕扣電池對稱ESC的結構示意圖。


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    圖2.所制備樣品的FT-IR光譜(a)和XRD圖(b)。


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    圖3.煅燒前(a、b和c)和煅燒后(d、e和f)PVP-Fe(NO3)3/Na2WO4納米纖維在不同放大倍率下的FE-SEM和TEM圖像。


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    圖4.不同放大倍率下涂覆在CC上的含有Fe2O3/Na2WO4的PVDF糊狀物的FE-SEM圖像。


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    圖5.PVP-Fe(NO3)3/Na2WO4煅燒之前(a)和之后(b)的EDS光譜。


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    圖6.Fe2O3/Na2WO4 NFs的VSM(a)和N2吸附-解吸(b)曲線以及PVP和PVP-Fe2O3/Na2WO4 NFs的TGA(c)和DTG(d)曲線。


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    圖7.在不同PVDF含量下,CC-Fe2O3/Na2WO4 NF電極在掃描速率為50mV/s時的CV曲線(a),1.0mA/g時的GCD性能(b)以及比電容和功率密度(c)。


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    圖8.(a)10-100mV/S掃描速率下的CV曲線,(b)10-100mV/S掃描速率范圍內的比電容和面電容,(c)6-21mA/g電流密度下的GCD(-0.8至+0.8V區域),(d)6-21mA/g范圍內不同電流密度下的比電容和面電容,(e)奈奎斯特圖以及(f)在6mA/g電流密度下使用GCD測定電極材料的長期循環穩定性。


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    圖9.(a)當掃描速率為50mV/S時,不同電位窗口(0-1.7)下的CV曲線,(b)當電流密度為6mA/g時,不同電位窗口(0-1.7)下的GCD曲線,(c)在10-100mV/S范圍內,不同電位下的CV曲線,(d)通過CV曲線觀察峰值電流與掃描速率的線性關系,(e)50mV/s下的CV曲線,藍色區域顯示電容貢獻,以及(f)不同掃描速率下的電容和擴散貢獻。


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    圖10.(a)10-70mV/S掃描速率下的CV曲線,(b)10-70mV/S掃描速率范圍內的比電容和面電容,(c)6-21mA/g電流密度下的GCD圖(-0.8至+0.8V區域),(d)6-21mA/g范圍內不同電流密度下的比電容和面電容,以及(e)Ragone圖和(f)在6mA/g電流密度下使用GCD測定電極材料的長期循環穩定性。

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