Double Ni/Co

Jun 17, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12422 (2023) Citer cet article

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Détails des métriques

Dans cette étude, nous avons réalisé la synthèse directe d'une double structure métal-organique (Ni/Co-Hemin MOF) sur de l'oxyde de graphène réduit dopé au phosphore (PrGO) pour servir de matériau actif dans des supercondensateurs asymétriques hautes performances. Le nanocomposite a été utilisé comme matériau actif dans des supercondensateurs, présentant une capacité spécifique remarquable de 963 C g−1 à 1,0 A g−1, ainsi qu'une capacité de débit élevé de 68,3 % après augmentation de la densité de courant de 20 fois, et un cyclage supérieur. la stabilité. Nos expériences complètes de caractérisation et de contrôle ont indiqué que l'amélioration des performances peut être attribuée à l'effet combiné du double MOF et à la présence de phosphore, influençant le comportement du supercondensateur de type batterie de GO. De plus, nous avons fabriqué un supercondensateur hybride asymétrique (AHSC) utilisant de la mousse Ni/Co-Hemin/PrGO/Nickel (NF) et du charbon actif (AC)/NF. Cet AHSC a démontré une capacité spécifique de 281 C g−1 à 1,0 A g−1, une tension de fonctionnement de 1,80 V, une densité d'énergie impressionnante de 70,3 Wh kg−1 à une densité de puissance élevée de 0,9 kW kg−1. Notamment, trois appareils AHSC connectés en série ont réussi à alimenter une horloge pendant environ 42 minutes. Ces résultats mettent en évidence l’application potentielle des MOF à base d’hémine dans les systèmes avancés de supercondensateurs.

L'énergie est considérée comme le sujet scientifique le plus critique du XXIe siècle1,2. Pour survivre sur Terre, les énergies renouvelables sont essentielles à la réduction des émissions de gaz à effet de serre et de la pollution atmosphérique3. Par conséquent, les nouvelles technologies de production d’énergie comme l’énergie solaire4, l’énergie éolienne5 et les piles à combustible6 nécessitent des dispositifs pour stocker l’énergie. Les batteries Li-ion et les supercondensateurs sont les deux principaux systèmes de stockage d’énergie électrique. Ils se sont développés au fil des années pour les appareils portables ainsi que pour les déploiements de réseaux intelligents7. Les supercondensateurs peuvent stocker une grande quantité de charge par rapport aux condensateurs conventionnels, fournir de l'énergie rapidement, avoir une capacité de charge rapide, avoir une longue durée de vie, offrir des performances supérieures à basse température, être respectueux de l'environnement et avoir de faibles coûts. De plus, contrairement aux batteries, elles n’explosent pas même en cas de surcharge8,9,10,11.

D'autre part, le tracé de Ragone12 illustre l'importance des supercondensateurs dans leur densité de puissance spécifique élevée. En outre, la capacité des supercondensateurs est influencée par la résistance série équivalente et les matériaux d’électrode et d’électrolyte et affecte la tension de fonctionnement13,14. Par conséquent, pour obtenir les meilleures performances d’un supercondensateur, il doit avoir une capacité élevée, une tension de fonctionnement élevée et une faible résistance15. Parmi ceux-ci, le matériau des électrodes, parmi tous les paramètres, joue un rôle essentiel dans le développement des performances du supercondensateur15. En d’autres termes, les dispositifs à supercondensateurs hybrides sont cruciaux pour l’avancement des systèmes de stockage d’énergie électrochimique pouvant offrir une capacité de stockage d’énergie élevée à un faible coût opérationnel16.

L'un de ces matériaux d'électrode qui semble efficace est les MOF, des matériaux hybrides poreux constitués d'ions métalliques ou d'amas métalliques coordonnés à des lieurs organiques17,18,19. Les structures de ce type offrent les avantages suivants : surface interne élevée, porosité élevée, adaptabilité structurelle et chimique et bonne stabilité. En outre, les MOF peuvent être contrôlés en termes de porosité en raison de l’uniformité des pores et de la structure, de la dimension, de la géométrie, de la fonctionnalité et de la flexibilité de la topologie du réseau au niveau atomique20,21. Mais la plupart des MOF vierges sont de mauvais conducteurs22,23. Pour pallier cette lacune, l’une des stratégies les plus courantes consiste à combiner des MOF avec des matériaux carbonés (oxyde de graphène réduit et nanotubes de carbone) ou des polymères conducteurs (polypyrrole et polyaniline)24. De plus, l’incorporation d’oxyde de graphène réduit (rGO) dans les composites peut constituer un moyen efficace d’empêcher l’agrégation et le réempilage du graphène, à la fois pendant le processus de fabrication et lors de son utilisation pratique25. La durabilité mécanique et chimique exceptionnelle présentée par le rGO en fait un excellent matériau d'échafaudage pour le composant actif, qui peut atténuer efficacement la dégradation structurelle et ainsi améliorer la stabilité cyclique du système26.