Одностадийный синтез и характеристика электрохимического графена для применения в суперконденсаторах»
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2023-14-3-380-389
Аннотация
Графен можно использовать для хранения энергии, а также в качестве материала для суперконденсаторов благодаря его уникальным физическим и химическим свойствам, включая высокую удельную поверхность, высокую химическую стабильность, высокую механическую прочность и стойкость к окислению.
В представленной работе использовался простой, экологически чистый и экономичный подход к синтезу листов графена с помощью метода электрохимического расслоения для дальнейшего применения в суперконденсаторах.
Листы графена были синтезированы с использованием водного электролита (Ag/AgCl, 0,1 М H2SO4) с четырьмя различными потенциалами расслаивания – 3В, 5В, 7В и 9В. Подготовленные листы графена были охарактеризованы набором методов физико-химического анализа, включающим рамановскую спектроскопию, фотоэлектронную спектроскопию (XPS), рентгеновскую дифракцию (XRD) и атомно-силовую микроскопию (АСМ).
Результаты комбинационного рассеяния показали, что плотность дефектов и толщина графеновых слоев увеличивались с увеличением потенциала расслоения, а затем в конечном итоге уменьшались. Среди всех потенциалов максимальный размер кристаллов графена наблюдался при потенциале 5В, промежуточный размер кристаллов 9В и минимум при 7В, что свидетельствует о том, что эксфолиированный слой графена чувствителен к потенциалу эксфолиации.
Исследование XPS показывает структурное окисление (относительное процентное содержание углерода и кислорода) расслоенного графена при различных потенциалах. Поведение графена при напряжении 5В было исследовано с использованием кривой заряда-разряда (CD) и циклической вольтамперометрии (CV) для применения в суперконденсаторах. Максимальное полученное значение удельной емкости составляет 198 Ф∙г-1 при плотности тока 0,14 А∙г-1 в 6М растворе КОН. Наибольшее значение, полученное для плотности энергии и удельной мощности, составляет 17 Вт·ч·кг-1 и 1176 Вт·кг-1.
Об авторе
Р. Нареш Мутху
Колледж искусств и наук JP (филиал Университета Манонманиам Сундаранар, Тирунелвели)
Индия
Индия
Р. Нареш Мутху - Кафедра физики
Тенкаси – 627852, Тамилнад
Список литературы
1. Zhong C., Deng Y., Hu W., Qiao J., Zhang L., Zhang J. A review of electrolyte materials and compositions for electrochemical supercapacitors. Chem. Soc. Rev., 2015, 44 (21), P. 7484–7539.
2. Muthu R.N., Tatiparti S.S.V. Electrochemical Behavior of Cobalt Oxide/Boron-Incorporated Reduced Graphene Oxide Nanocomposite Electrode for Supercapacitor Applications. J. of Mater. Eng. and Perform., 2020, 29, P. 6535–6549.
3. Zhong Y., Zhen Z., Zhu H. Graphene: Fundamental research and potential applications. FlatChem, 2017, 4, P. 20–32.
4. Rodr´ıguez-Pe´rez L., Herranz M.A´., Mart´ın N. The chemistry of pristine graphene. Chem. Commun., 2013, 49 (36), P. 3721–3735.
5. Liu C., Yu Z., Neff D., Zhamu A., Jang B.Z. Graphene-based supercapacitor with an ultrahigh energy density. Nano Lett., 2010, 10 (12), P. 4863– 4868.
6. Jibrael R.I., Mohammed M.K.A. Production of graphene powder by electrochemical exfoliation of graphite electrodes immersed in aqueous solution. Optik (Stuttg)., 2016, 127 (16), P. 6384–6389.
7. Chen J., Li Y., Huang L., Li C., Shi G. High-yield preparation of graphene oxide from small graphite flakes via an improved Hummers method with a simple purification process. Carbon N.Y., 2015, 81 (1), P. 826–834.
8. Pei S., Wei Q., Huang K., Cheng H.M., Ren W. Green synthesis of graphene oxide by seconds timescale water electrolytic oxidation. Nat. Commun., 2018, 9 (1), P. 1–9.
9. Muthu R.N, Tatiparti S.S.V. Electrode and symmetric supercapacitor device performance of boron-incorporated reduced graphene oxide synthesized by electrochemical exfoliation. Energy Storage, 2020, 2, e134.
10. Arunkumar M., Amit P. Importance of Electrode Preparation Methodologies in Supercapacitor Applications. ACS Omega, 2017, 2 (11), P. 8039– 8050.
11. Pandit B., Dubal D.P., Sankapal B.R. Large scale flexible solid state symmetric supercapacitor through inexpensive solution processed V2O5 complex surface architecture. Electrochim. Acta, 2017, 242, P. 382–389.
12. Rold´an S., Barreda D., Granda M., Men´endez R., Santamar´ıa R., Blanco C. An approach to classification and capacitance expressions in electrochemical capacitors technology. Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17 (2), P. 1084–1092.
13. Das A.K., et al. Iodide-mediated room temperature reduction of graphene oxide: A rapid chemical route for the synthesis of a bifunctional electrocatalyst. J. Mater. Chem. A, 2014, 2 (5), P. 1332–1340.
14. Kakaei K., Alidoust E., Ghadimi G. Synthesis of N- doped graphene nanosheets and its composite with urea choline chloride ionic liquid as a novel electrode for supercapacitor. J. Alloys Compd., 2018, 735, P. 1799–1806.
15. Nguyen V.T., Le H.D., Nguyen V.C., Ngo T.T.T., Le D.Q., Nguyen X.N., Phan N.M. Synthesis of multi-layer graphene films on copper tape by atmospheric pressure chemical vapor deposition method. Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol., 2013, 4 (3), 035012.
16. Bindumadhavan K., Chang P-Y., Doong R-a. Silver nanoparticles embedded boron-doped reduced graphene oxide as anode material for high performance lithium ion battery. Electrochimica Acta, 2017, 243, P. 282–290.
17. Pullamsetty A., Subbiah M., Sundara R. Platinum on boron doped graphene as cathode electrocatalyst for proton exchange membrane fuel cells. Int. J. Hydrogen Energy, 2015, 40 (32), P. 10251–10261.
18. Muthu R.N, Rajashabala S., Kannan R. Facile synthesis and characterization of a reduced graphene oxide/halloysite nanotubes/hexagonal boron nitride (RGO/HNT/h-BN) hybrid nanocomposite and its potential application in hydrogen storage. RSC Adv., 2016, 6, P. 79072.
19. Gong Y., Li D., Fu Q., Pan C. Influence of graphene microstructures on electrochemical performance for supercapacitors. Progress in Natural Science: Materials International, 2015, 25 (5), P. 379–385.
Рецензия
Для цитирования:
Нареш Мутху Р. Одностадийный синтез и характеристика электрохимического графена для применения в суперконденсаторах». Наносистемы: физика, химия, математика. 2023;14(3):380-389. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2023-14-3-380-389
For citation:
Naresh Muthu R. Synthesis and characterization of one pot electrochemical graphene for supercapacitor applications. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2023;14(3):380-389. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2023-14-3-380-389
Просмотров:
10
Послать статью по эл. почте 