磁気キャタピラの電気化学的性能の向上

Jul 08, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 7822 (2023) この記事を引用

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2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

Ni を組み込んだ MgFe2O4 (Mg0.5Ni0.5Fe2O4) 多孔質ナノファイバーを、ゾルゲルエレクトロスピニング法を使用して合成しました。 調製したサンプルの光学バンドギャップ、磁気パラメータ、および電気化学的容量挙動を、構造および形態学的特性に基づいて、元のエレクトロスピニングされた MgFe2O4 および NiFe2O4 と比較しました。 XRD分析により、サンプルの立方晶スピネル構造が確認され、Williamson-Hall方程式を使用して結晶子サイズが25 nm未満であると評価されました。 FESEM 画像は、電界紡糸された MgFe2O4、NiFe2O4、および Mg0.5Ni0.5Fe2O4 について、それぞれ興味深いナノベルト、ナノチューブ、およびキャタピラ状繊維を示しました。 拡散反射分光法により、Mg0.5Ni0.5Fe2O4多孔質ナノファイバーは、合金化効果により、MgFe2O4ナノベルトとNiFe2O4ナノチューブの計算値との間のバンドギャップ(1.85eV)を有することが明らかになった。 VSM 分析により、MgFe2O4 ナノベルトの飽和磁化と保磁力が Ni2+ の導入によって強化されることが明らかになりました。 ニッケルフォーム (NF) 上にコーティングされたサンプルの電気化学的特性は、3 M KOH 電解液中で CV、GCD、および EIS 分析によってテストされました。 Mg0.5Ni0.5Fe2O4@Ni 電極は、複数の価数状態、優れた多孔質形態、および最低の電荷移動抵抗の相乗効果により、1 A g-1 で 647 F g-1 という最高の比容量を示しました。 Mg0.5Ni0.5Fe2O4 多孔質繊維は、10 A g-1 で 3000 サイクル後に 91% という優れた静電容量保持率と、97% という顕著なクーロン効率を示しました。 さらに、Mg0.5Ni0.5Fe2O4//活性炭非対称スーパーキャパシタは、700 W Kg-1 の電力密度で 83 W h Kg-1 という良好なエネルギー密度を明らかにしました。

エネルギーに対する世界的な需要が増え続けているため、スーパーキャパシタなど、優れた比容量と優れたサイクル安定性を備えたエネルギー貯蔵デバイスや材料の開発が急務となっています1。 イオン吸収のための多数の活性サイトを提供する一次元 (1D) ナノファイバーは、その見事な形態により、エネルギー貯蔵電極として潜在的に最良の選択肢の 1 つとなります 1,2。 エレクトロスピニングは、優れたサイクル安定性、顕著な容量、適切なイオン伝導性などの際立った性能を備えた、ナノファイバー、ナノベルト、ナノチューブなどのさまざまな種類の一次元ナノ構造を製造するための、効率的でコスト効率が高く、直径制御可能で便利かつ迅速な方法です。 。 溶液パラメーター (前駆体、粘度、溶媒)、流量、印加電圧、加熱速度、温度などのさまざまな基準が、エレクトロスピニングされたナノ構造の形態に大きな影響を与えます 3。 一般にMFe2O4（M：二価の金属イオン）として知られる金属スピネルフェライトは、MイオンとFeイオンが酸素の立方最密充填の四面体位置と八面体位置の両方に位置する可能性があり、その単純さのため、過去数年間で広く注目を集めました。合成、高い電気伝導率、低い電気損失と固有の毒性、物理的および化学的安定性、自発的磁気および電気化学的性質により、さまざまな技術分野での応用が可能になります4,5。 これまでに、C/CuFe2O46、Fe2O3@SnO27、および ZnOFe2O48 ナノファイバーの超容量性挙動が広範囲に研究されてきました。

2.18 eV のバンドギャップを持つマグネシウムフェライト (MgFe2O4) は、適度な飽和磁化と高い化学的安定性により、主にマイクロ波吸収体やリチウムイオン電池として使用されるよく知られた n 型半導体材料です9、10、11。 ニッケルフェライト (NiFe2O4) は、保磁力が低く、電気抵抗率が高い n 型半導体です12。 MgFe2O4 と NiFe2O4 は両方とも立方晶逆スピネル構造を持っています。 逆スピネル構造では、二価カチオン (Mg2+、Ni2+) が八面体 B サイト配位の半分を占め、三価カチオン (Fe3+) が四面体 A サイトおよび八面体 B サイトの半分に位置します 4,13,14。 15、16、17。