NiO içerikli süperkapasitör elektrotların hidrotermal yöntemle oluşturulması

Abstract

Metal oksit malzemeler son yıllarda süper kapasitör elektrot aktif malzemesi olarak kullanılmaktadır. Metal oksit malzemeler arasında en yüksek elektrokimyasal performans gösterenler, RuO2 ve sonra da NiO dir. Bununla birlikte, RuO2 çok pahalı bir malzemedir. NiO yaygın olarak kataliz, gaz sensörü, yarı iletken ve enerji depolama alanlarında kullanılmaktadır. Bu çalışmada, öncelikle hidrotermal işlem ile nikel oksit/hidroksit nanotozlar farklı morfolojide üretilmiştir. Ayrıca, üç boyutlu (3D) nanoyapılı NiO/Ni foam yapısı da sentezlenmiştir. Kristal yapı ve sentezlenen malzemelerin kristal boyutları XRD ile belirlenmiştir. 300 °C' de ısıl işlemden sonra, yüzey alanında büyük bir artış gözlenmiştir. Elektrokimyasal performans çevrimsel voltametri, uzun süreli dolmaboşalma testleri ve ayrıca empedans spektroskopisi çalışmalarıyla incelenmiştir. Nanoyapılı NiO toz ve 3D NiO/Ni foam süperkapasitör elektrotların spesifik kapasitansları, sırasıyla 357 F/g ve 430 F/g olarak hesaplanmıştır. Nanoyapıları içeren 3D NiO/Ni foam elektrot, herhangi bir bağlayıcıya veya iletkenlik artırıcıya gerek duymadan üretildiğinden dolayı teknolojik olarak çok büyük öneme sahiptir. Ayrıca farklı oranlarda Mn katkılama yapılarak elektrotların elektrokimyasal performanslarındaki değişim de araştırılmıştır.

The metal oxide materials have been used as supercapacitor electroactive materials. Among them, the highest electrochemical performance was shown by RuO2 and then NiO. However, RuO2 is a very expensive material. NiO has been widely used a material in catalysis, gas sensing, semiconductors, and energy storage supercapacitors. In this study, nickel oxide/hydroxide nanopowders and with various morphologies have been produced by the hydrothermal process. In addition, three-dimensional nanostructured nickel oxide materials have synthesized on Ni foam. The crystalline phases and sizes of synthesized materials were determined by XRD. After heat treatment at 300 C, an increase in surface area was observed. The electrochemical properties are also studied by cyclic voltammetry, charge-discharge tests and also electrochemical impedance spectroscopy. NiO nanostructured powder and 3D NiO nanostructures on Ni foam were used to construct supercapacitor electrode whose specific capacitances are measured 357 F/g and 430 F/g, respectively. The 3D Nickel oxide/Ni foam electrode with nanoflakes and nanoparicles is manufactured without the need for any binder, or conductivity enhancer, which is technologically very important. In addition, different proportions of Mn were added and its effects on the electrochemical performance of the Ni based electrodes were also investigated.