Préparation de haute

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 16221 (2023) Citer cet article

1468 accès

2 Altmétrique

Détails des métriques

En raison de l’importance des systèmes de stockage d’énergie basés sur des supercondensateurs, diverses études ont été menées. Dans cette recherche, CuO, NCNO et la fleur comme CuO/NCNO ont été étudiés comme nouveaux matériaux dans ce domaine. Le résultat a montré que les nanostructures de CuO synthétisées ont une morphologie en forme de fleur étudiée par analyse FE-SEM. De plus, le modèle XRD a confirmé les propriétés cristallines du nanocomposite CuO/NCNO, et le Raman a vérifié les groupes fonctionnels et les vibrations des composants du nanocomposite CuO/NCNO. Dans un système à deux électrodes avec une densité de courant de 4 A/g, la capacité, la densité de puissance et la densité d'énergie étaient respectivement de 450 F/g, 3 200 W/kg et 98 Wh/kg. Les résistances de transfert de charge des électrodes CuO et NCNO/CuO ont obtenu respectivement 8 et 2 Ω, ce qui montre que la conductivité et les propriétés supercapacitives du nanocomposite sont meilleures que celles des composants purs. En outre, la stabilité et la faible résistance au transfert de charge sont d’autres avantages obtenus lors d’une étude d’électrodes à deux symétries. L'étude de stabilité a montré qu'après 3 000 cycles consécutifs, seulement 4 % de la capacité initiale de l'électrode CuO/NCNO diminuait.

L'utilisation de dispositifs de stockage d'énergie tels que les batteries et les condensateurs conventionnels a été limitée en raison de leur grande taille, de leur faible densité de puissance, de leur faible capacité, des temps de charge longs, de leur courte durée de vie et de la pollution de l'environnement1,2,3,4,5,6. ,7,8,9. Présentation des supercondensateurs en tant que condensateurs électrochimiques développés avec d'excellentes caractéristiques, notamment une très haute densité, une vitesse de charge et de décharge élevée, une capacité élevée et une biocompatibilité ainsi que leur application à l'échelle industrielle (véhicules électriques, installations électriques et support électrique des usines) et ainsi ont partiellement résolu les problèmes créés dans le domaine de l'utilisation des dispositifs de stockage d'énergie10,11,12,13,14,15,16,17. Les supercondensateurs électrochimiques disposent de deux mécanismes de stockage de charge en fonction du type de matériaux utilisés dans la structure de l'électrode. Le mécanisme de stockage de charge à l’interface électrode-électrolyte est dû à l’adsorption des ions dans un condensateur électrique à double couche (EDLC) . Le système de supercondensateurs électrochimiques EDLC se compose principalement de matériaux carbonés ayant une surface spécifique élevée et des structures poreuses telles que le charbon actif, les nanotubes de carbone et le graphène20,21,22,23,24,25,26. Dans les pseudo-condensateurs, le mécanisme de stockage de charges repose sur des réactions redox ou transfert d'électrons (réactions faradiques). Des polymères conducteurs, des métaux et des oxydes de métaux de transition sont souvent utilisés dans leur structure27,28,29,30,31. Les nanomatériaux de carbone sont les meilleurs matériaux d'électrode pour les supercondensateurs électrochimiques en raison de leur facilité d'accès, de leur stabilité chimique et mécanique élevée, de leur grande surface et de leur excellente conductivité électrique. Malgré l’utilisation abondante de nanomatériaux de carbone pur dans les domaines électrochimiques, notamment pour le stockage d’énergie, leur faible capacité et leur densité énergétique ont limité leur utilisation commerciale. Le dopage d'hétéroatomes tels que le phosphore (P), l'azote (N), l'oxygène (O), le soufre (S) et le fluor (F) dans la structure de la matrice carbonée est l'une des approches de modification appropriées pour améliorer les propriétés électrochimiques et la commercialisation. de nanomatériaux de carbone32,33,34. L'hétéroatome d'azote (N) a été étudié plus que les autres hétéroatomes en raison de la facilité d'intégration dans la structure des nanomatériaux de carbone, du placement dans la structure avec différentes formes chimiques et de la création de sites actifs pour les réactions redox. De plus, les atomes de N, ayant une électronégativité élevée par rapport aux atomes de C et H, induisent une charge positive sur les atomes de carbone adjacents, ce qui augmente les sites actifs à la surface de l'électrode pour lier les ions de l'électrolyte et améliore la mouillabilité de l'électrode. Les nano-oignons de carbone (CNO) sont des particules de carbone contenant plusieurs couches de graphène avec hybridation SP2. La structure en couches dans les sphères de CNO a provoqué la création de nombreux canaux et pores ioniques, ainsi que l'augmentation de l'accessibilité de la surface externe de la structure, et ces caractéristiques structurelles augmentent son activité électrocatalytique. Malgré la bonne activité électrochimique et le taux de charge-décharge élevé, la capacité et l'énergie spécifique sont faibles dans les structures CNO . Une approche de base pour augmenter la capacité spécifique et la résistance des structures CNO consiste à doper les atomes de N dans leur structure, ce qui peut augmenter les centres de surface active pour l'adsorption des ions électrolytes à sa surface, entraînant une augmentation de la capacité . Sur la base des quelques rapports fournis sur l'application des structures CNO dopés au N, de nombreux efforts sont nécessaires pour améliorer l'application de ces structures en carbone dans le domaine des supercondensateurs46. L’utilisation d’oxydes de métaux de transition (TMO) dans la structure de l’électrode augmente les réactions redox réversibles, la densité énergétique et la capacité47,48. Bien que l’utilisation de TMO dans les structures d’électrodes (électrodes pseudo-capacitives) augmente la capacité spécifique, ils peuvent réduire efficacement la densité d’énergie en raison de la fenêtre de potentiel limitée. La solution principale et pratique est la fabrication de nanocomposites en combinant des TMO comme matériaux de pseudo-condensateur avec des nanomatériaux de carbone comme matériaux EDLC et en appliquant des nanocomposites à base de nanostructures d'oxyde métallique/carbone comme matériaux d'électrode dans des supercondensateurs électrochimiques. Les condensateurs fabriqués à partir des matériaux nanocomposites mentionnés sont un hybride de condensateurs EDLC et de pseudo-condensateurs qui possèdent d'excellentes propriétés des deux types.