El nanocompuesto CNT/VO2 muestra potencial para supercondensadores

El nanocompuesto CNT/VO2 muestra potencial para supercondensadores


Un artículo disponible en la revista Materials Today: Proceedings demuestra la viabilidad de utilizar nanotubos de carbono metaestables (CNT)/óxido de vanadio (VO2) Nanocomposite como material de electrodo para supercondensadores.

Nanotubos de carbono/nanocompuesto de VO2 muestra candidatura a supercondensador​​​​​​

​​​​​​Estudio: Nuevo compuesto de óxido de vanadio/nanotubos de carbono y sus propiedades de almacenamiento de carga. Crédito: OliveTree/Shutterstock.com

Importancia de la pseudocapacitancia

La pseudocapacitancia es uno de los mecanismos de almacenamiento en los condensadores electroquímicos. En este mecanismo de almacenamiento, la reacción de transferencia de electrones reversible que ocurre en el material redox activo se limita a la superficie del electrodo, lo que promueve la interacción activa entre los electrones y conduce a la formación de una variedad de estados de energía.

Limitaciones de los pseudocondensadores existentes

Aunque los óxidos de metales de transición, como el dióxido de iridio, poseen una seudocapacitancia excepcional, son considerablemente caros, por lo que es necesario buscar alternativas más asequibles.

Además, la densidad de potencia de los pseudocondensadores (PC) es significativamente menor que la de los condensadores electroquímicos de doble capa (EDLC) debido a la lenta reacción redox faradaica del material del electrodo de PC, que ha cambiado el enfoque a los supercondensadores compuestos.

Los supercondensadores compuestos se componen de materiales de PC y EDLC con propiedades sinérgicas y se han estudiado ampliamente para desarrollar supercondensadores con mayor densidad de potencia.

Importancia de los supercondensadores compuestos

Los materiales a base de carbono, como el grafeno, el carbón activado y los CNT con alta área de superficie y conductividad eléctrica, actúan como la columna vertebral de los supercondensadores compuestos. Los polímeros conductores u óxidos metálicos se pueden depositar sobre materiales de carbono a un nivel marginal para preservar la fase principal de la estructura porosa. Por lo tanto, la combinación de materiales de carbono y PC puede crear un supercondensador compuesto con una densidad de potencia aparentemente mejorada.

Los óxidos a base de vanadio (V) se han utilizado en varios estudios con condensadores electroquímicos. Por debajo del VO2 ha atraído más atención ya que mostró un mejor rendimiento en comparación con otros V-óxidos como el pentóxido de vanadio debido al aumento de la conductividad electrónica en VO2 en presencia de los estados de valencia mixta V(V) y V(IV).

También VO2 mostró un rendimiento electroquímico excepcional cuando se acopló a una plantilla, lo que demuestra la viabilidad de usar VO2 como material de electrodo en un supercondensador acuoso. Recientemente, los CNT también se han utilizado como sustratos de plantilla para VO2 Depósito por método sol-gel, seguido de un proceso de liofilización para obtener un VO2/CNTs nanocompuesto con poros.

Síntesis y evaluación del VO2/Nanocompuestos CNT

En este estudio, los investigadores sintetizaron VO metaestable2/Nanocompositos CNTs por deposición de VO2 en CNT en metavanadato de sodio acuoso (NaVO3) solución por un procedimiento redox simple a temperatura ambiente. VO metaestable2 obtenido a partir de la reducción de especies V en NaVO3 La solución a través de CNT se codepositó en los CNT.

Primero, los CNT se mezclaron con ácido sulfúrico y ácido nítrico durante 15 minutos a 120 grados centígrados y luego se enfriaron a 20 grados centígrados. A continuación, la mezcla enfriada se lavó con agua desionizada y acetona y se secó a 60 grados Celsius. Finalmente, se usaron un mortero y una maja para moler los CNT secos y tratados con ácido hasta convertirlos en polvo.

VO2/Nanocompuestos CNT con 80, 70, 60, 50, 40, 30 y 20% en peso de VO2 se sintetizaron agregando diferentes pesos de CNT tratados con ácido al NaVO3 solución de reserva. Se usó ácido sulfúrico para ajustar el pH del NaVO3 solución madre a 1,68.

La mezcla de NaVO3 La solución y los CNT se agitaron continuamente a temperatura ambiente y 200 rpm durante una semana. Finalmente nanocompuestos con diferente VO2 Las cargas se obtuvieron como un precipitado negro sólido. Luego, los nanocompuestos se filtraron y limpiaron con etanol y agua desionizada para eliminar los subproductos solubles y se secaron a 60 grados centígrados.

Se utilizaron técnicas de difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HR-TEM) para caracterizar los nanocompuestos en términos de cristalinidad, morfología superficial y microestructura, respectivamente. Se realizaron análisis termogravimétricos para determinar el VO2 Porcentaje en peso en los nanocompuestos sintetizados.

Fabricación de películas delgadas de nanocompuestos sobre electrodos de grafito para estudios electroquímicos

El VO sintetizado2/Nanocompositos CNTs con diferente VO2 Las cargas se evaporaron sobre un electrodo de disco de grafito para obtener películas delgadas de nanocompuestos. Después de la colada, se utilizó un desecador para secar los electrodos antes de los estudios electroquímicos. En el estudio electroquímico se instaló una celda monocámara de tres electrodos con un contraelectrodo de grafito y plata/cloruro de plata como electrodo de referencia. Los investigadores realizaron el estudio galvanostático de carga y descarga y la voltamperometría cíclica para evaluar el rendimiento electroquímico de las muestras sintetizadas.

importancia del estudio

Siete VO2/Nanocompositos CNT con diferente VO2 Las cargas se han sintetizado con éxito. VO2 se cubrió uniformemente alrededor de los CNT. La presencia de VO2 en el nanocompuesto sintetizado se confirmó en el análisis XRD. Los análisis TGA confirmaron diferentes VO2 Cargas en los nanocompuestos y mostró la forma hidratada de VO2.

El VO2El nanocompuesto de /CNT mostró una transformación reversible en el rango de potencial negativo entre -0,8 voltios y -0,1 voltios y una forma rectangular de los voltamogramas cíclicos, lo que indica la pseudocapacitancia del nanocompuesto.

El efecto sinérgico de VO2 y se observaron CNT en el nanocompuesto de VO al 60 % en peso2. Este nanocompuesto mostró la capacitancia específica de masa más alta de 172,30 faradios por gramo debido a la naturaleza nanocristalina y la gran área de superficie de VO2 depositado en CNT. El nanocompuesto también mostró la capacitancia específica más alta de 307,82 faradios por gramo en el estudio galvanostático de carga y descarga a 0,4 amperios por gramo de corriente normalizada.

El VO2El nanocompuesto /CNT mostró un aumento en la capacitancia específica de 0,19 faradios por gramo en comparación con la capacitancia inicial después de la carga-descarga durante 1000 ciclos a una frecuencia de muestreo de 20 milivoltios por segundo, lo que confirma la excepcional estabilidad cíclica del nanocompuesto.

Tomados en conjunto, los resultados de este estudio mostraron que el 60% en peso del VO2El nanocompuesto de /CNT podría usarse de manera efectiva para la aplicación de supercondensadores.

referencia

Pang, CH, Lim, SS, Ng, KC (2022) Nuevo compuesto de nanotubos de carbono/óxido de vanadio y sus propiedades de almacenamiento de carga. Materiales Hoy: Procedimientos https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.04.921

Descargo de responsabilidad: Las opiniones expresadas aquí son las del autor, expresadas en su propia capacidad y no representan necesariamente las opiniones de AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, el propietario y operador de este sitio. Este descargo de responsabilidad forma parte de las condiciones de uso de este sitio web.

Related post

Mantente borracho para seguir con vida en este divertido juego de zombis de realidad virtual

Mantente borracho para seguir con vida en este divertido…

El hecho de que el mundo se esté acabando no significa que no puedas divertirte. Gran parte de la población mundial…
Shores Of Loci es un magnífico juego de rompecabezas de realidad virtual para Quest, PC VR

Shores Of Loci es un magnífico juego de rompecabezas…

Si quieres que tu acertijo de realidad virtual sea un poco más sobrenatural que Puzzling Places (o si literalmente solo quieres…
Roles acelerados para RPA en tecnología de la información

Roles acelerados para RPA en tecnología de la información

Publicación patrocinada La automatización robótica de procesos (RPA) es una forma contemporánea de automatización de procesos comerciales que permite a cualquiera…

Leave a Reply

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.