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El hidróxido doble en capas (LDH) de níquel-cobalto (Ni-Co) se ha estudiado como un material de electrodo prometedor para supercondensadores. Un estudio publicado recientemente en el Revista internacional de investigación energética se centra en el uso innovador de óxido de grafeno híbrido (GO) y nanocuernos de carbono de pared simple (SWCNH) como plataforma eficiente para materiales de recubrimiento LDH.
![Electrodos supercondensadores con óxido de grafeno y nanocuernos de carbono](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39661_16628211549931143.jpg)
Estudio: Hidróxido doble recubierto de Ni-Co recubierto en nanocompuesto de microesferas de óxido de grafeno y nanocuernos de carbono de pared simple como material de electrodo de supercondensador. Crédito: Peter Sobolev/Shutterstock.com
El novedoso material de electrodo de supercondensador basado en compuestos basados en Ni-Co-LDH y GO/SWCNHs es una opción potencial para aplicaciones de pseudocondensadores debido a sus propiedades electroquímicas superiores y su facilidad de fabricación, que es ideal para diversas aplicaciones comerciales e industriales.
¿Por qué son tan importantes los supercondensadores?
Actualmente se están investigando tecnologías de energía limpia y renovable para abordar los desafíos del consumo global de energía y la sostenibilidad. Como resultado, la competencia por sistemas de almacenamiento de energía más eficientes, como los supercondensadores y las baterías regenerativas, ha aumentado drásticamente.
Los supercondensadores han atraído un gran interés en la comunidad científica debido a su alta densidad de energía, velocidades de carga/descarga rápidas y estabilidad cíclica prolongada. Los supercondensadores se clasifican como condensadores eléctricos de doble capa (EDLC) o pseudocondensadores según su mecanismo de almacenamiento de energía.
El almacenamiento de energía en un EDLC está relacionado con un mecanismo no farádico que involucra la absorción física y la disociación de especies electroactivas en las superficies del material del electrodo y los electrolitos del supercapacitor. Por otro lado, el almacenamiento de energía en los pseudocondensadores se basa principalmente en las interacciones Faradaicas reversibles entre los grupos funcionales de la interfaz del material del electrodo del supercondensador.
Material de electrodo para supercondensadores: descripción general y desafíos
El óxido de grafeno (GO) tiene propiedades atractivas para aplicaciones como material de electrodo de supercondensador, p. B. Numerosos grupos reactivos y vías de transporte multimodal de iones. Sin embargo, el material del electrodo del supercondensador basado en óxido de grafeno también tiene desventajas significativas, como la descarga de láminas de grafeno durante la reacción de reducción, propiedades aislantes y baja densidad aparente.
Los SWCNH también se han estudiado como materiales de electrodos para supercondensadores debido a su gran área de superficie específica (SSA), estructura porosa sintonizable y excelente conductividad eléctrica. Los SWCNH con estructuras tubulares cónicas forman agregados esféricos robustos y tienen estructuras grafíticas cerradas de pared simple comparables a los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT).
Sin embargo, a diferencia de los SWCNT con una cristalización excepcional, los SWCNH contienen varios defectos estructurales, como pentágonos y heptágonos, que permiten que se desarrollen agujeros a nanoescala en la interfaz de los SWCNH en entornos oxidantes, lo que limita su utilidad como electrodos supercondensadores viables.
Hidróxido doble en capas de Ni-Co como material de electrodo para supercondensadores
Las sustancias de los electrodos, como los óxidos metálicos, los hidróxidos metálicos y los polímeros conductores, se consideran candidatos muy ideales para las tecnologías de almacenamiento de energía pseudocapacitiva debido a los procesos Faradaic bidireccionales en los contactos electrodo-electrolito.
El hidróxido doble en capas (LDH) de níquel-cobalto (Ni-Co) con topologías sintonizables es un material de electrodo atractivo para supercondensadores porque es económico, no tóxico, abundante en la naturaleza y tiene una excelente estabilidad electroquímica.
Las técnicas de deposición hidrotermal y electrolítica generalmente producen nanoestructuras de Ni-Co. Las morfologías estructurales afectan significativamente las capacidades electrolíticas de los electrodos de hidróxido doble recubiertos de Ni-Co. Por lo tanto, los compuestos de nanoestructuras de Ni-Co y sustancias porosas de carbono como el óxido de grafeno (GO) y los SWCNH deben explorarse para aumentar la eficiencia del material de electrodo de supercondensador basado en Ni-Co-LDH.
Aspectos destacados de la investigación actual
En este estudio, los investigadores desarrollaron una técnica de dos pasos para fabricar materiales compuestos de Ni-Co-LDH, óxido de grafeno (GO) y nanocuernos de carbono de pared simple oxidados (SWCNH). En la fase inicial, se secó por aspersión una combinación de GO y SWCNH para producir partículas esféricas híbridas, que son ideales para la producción en masa debido al proceso simple y económico.
En la segunda etapa, se depositaron hidrotérmicamente nanoláminas LDH de níquel-cobalto (Ni-Co) extremadamente delgadas sobre microesferas de óxido de grafeno y nanocuernos de carbono de pared simple para fabricar el nuevo material de electrodo de supercondensador.
La actividad pseudocapacitiva del material del electrodo del supercondensador híbrido se evaluó en términos de capacitancia específica y eficiencia de ciclo. Durante el estudio también se investigaron los efectos de la composición del sustrato de carbón activado sobre la morfología y la eficacia electrolítica de Ni-Co-LDH.
Conclusiones clave del estudio
El compuesto basado en óxido de grafeno y SWCNH tenía una SSA y una conductividad eléctrica comparativamente altas, lo que resultó en un área efectiva significativa para las interacciones entre el material del electrodo del supercondensador y los iones electrolíticos durante la reacción de electrólisis.
El nuevo material de electrodo de supercondensador basado en compuestos Ni-Co-LDH y GO/SWCNHs mostró una capacitancia específica gravimétrica considerablemente alta y una excelente estabilidad de capacitancia específica en un entorno electrolítico acuoso. Estos resultados sobresalientes podrían atribuirse a la alta conductividad eléctrica y pseudocapacitancia de los GO/SWCHN nanohíbridos y Ni-Co-LDH recubiertos.
En base a estos resultados, es razonable afirmar que el novedoso material de electrodo de supercondensador desarrollado en este trabajo tiene un potencial significativo para futuras aplicaciones de almacenamiento de energía.
Relación
Kim, JH et al. (2022). Hidróxido doble de Ni-Co en capas recubierto en nanocompuesto de microesferas de óxido de grafeno y nanocuernos de carbono de pared simple como material de electrodo de supercondensador. Revista internacional de investigación energética. Disponible en: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/er.8657
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