NiTe2의 손쉬운 합성

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1364(2023) 이 기사 인용

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우수한 전기화학적 특성을 나타내는 바이메탈 텔루라이드 설계는 고성능 슈퍼커패시터에 있어 여전히 큰 과제로 남아 있습니다. 본 연구에서는 손쉬운 열수 방법을 사용하여 NiTe2-Co2Te2@rGO 나노복합체를 합성하기 위해 처음으로 텔루르를 CoNi2@rGO에 통합했습니다. 준비된 NiTe2-Co2Te2@rGO 나노복합체는 구조적 변형을 입증하기 위해 EDS, TEM, FESEM, Raman, BET, XRD 및 XPS 기술로 특성화되었습니다. 전기화학적 특성 분석에서 NiTe2-Co2Te2@rGO는 패러디 반응 중에 전해질 용액과의 접촉 부위가 향상되고 수많은 활성 부위가 눈에 띄게 나타났습니다. 준비된 나노복합체는 1.0 A g-1에서 1.0 M KOH에서 223.6 mAh g-1의 비용량을 나타냅니다. 게다가, 1.0 A g−1 전류 밀도에서 3000회 연속 정전류 충전-방전 사이클 후에도 89.3%의 안정성을 유지할 수 있었습니다. 활성탄을 양극 부위로, NiTe2-Co2Te2@rGO를 음극 부위로 제작한 하이브리드 슈퍼커패시터는 에너지 밀도 51Wh kg−1 및 전력 밀도 800Wkg−로 1.60V의 전위 창을 제공합니다. 1; 이 전극은 병렬로 연결된 두 개의 빨간색 LED 램프와 노란색 LED 램프를 20분간 켤 수 있습니다. 본 연구는 슈퍼커패시터 분야에서 나노복합 전극 재료의 설계 및 제조에 대한 새로운 길을 열었습니다.

인구의 급격한 증가로 인해 에너지 저장은 매우 중요합니다. 오늘날 화석 연료는 지구 온난화와 밀접하게 연관되어 있는 주요 에너지원입니다1,2,3. 대기 중에 다량의 CO2가 존재하면 지구 표면에 열이 발생합니다4. 다양한 연구의 증거에 따르면 대기 중 CO2는 19세기 초 이후 최소 25% 증가했습니다. 그 결과 지난 150년 동안 지구의 온도는 1oF 이상 상승했습니다. 지구에서 살아남으려면 온실가스 배출과 대기오염을 줄이는 재생에너지 사용이 필수적입니다5. 따라서 태양광6, 풍력7, 연료전지1와 같은 새로운 에너지 생성 기술에는 에너지를 저장하는 장치가 필요합니다.

배터리8, 연료전지9, 슈퍼커패시터10는 높은 에너지 밀도와 전력, 최적의 수명주기 및 이동성을 갖춘 가장 중요한 에너지 저장 장치입니다. 배터리와 슈퍼커패시터는 휴대용 장치 및 스마트 그리드 배포를 위해 수년에 걸쳐 개발된 두 가지 주요 전기 에너지 저장 시스템입니다11,12. 슈퍼커패시터는 기존 커패시터에 비해 많은 양의 전하를 저장할 수 있고 에너지를 빠르게 전달할 수 있으며 빠른 충전 능력을 제공하고 수명이 길며 저온 성능이 우수하고 친환경적이며 비용이 저렴합니다. 또한, 배터리와 달리 과충전되어도 폭발하지 않습니다.

전극 재료와 전해질은 SC 상용화를 위한 최고의 성능을 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 이는 비정전용량, 작동 전압, 에너지 밀도 및 전력 밀도 값에 영향을 미칩니다. 전이금속 기반 재료는 높은 속도 성능, 높은 정전용량 및 저렴한 비용으로 인해 오랫동안 유망한 전극 재료였습니다. 그럼에도 불구하고 표면적이 제한적이고 주기 수명이 짧으며 전기 전도성이 낮습니다. 따라서 (1) 형태를 제어하고, (2) 시너지 효과를 생성하기 위해 전극 재료를 합성하고, (3) 산화 환원 반응성을 향상시키기 위해 전극 재료에 원소를 도핑하고, (4) 결함 공학은 이러한 결함을 극복하기 위한 몇 가지 접근법입니다. 16,17.

최근 전이 금속 칼코게나이드는 SC 응용을 위한 유망한 전극 재료로 큰 주목을 받고 있습니다. 특히 전이금속 텔루르화물과 셀렌화물은 황과 산소보다 전기음성도가 낮고 원자 반경 크기가 커서 고급 화학적, 물리적, 전기화학적 특성을 나타냅니다. 이러한 재료의 주요 특징은 긴 사이클링 수명, 높은 전기 전도도, 높은 기계적 안정성, 작은 이온화 에너지, 원활한 전자 전달, 높은 표면적, 산화 환원 활성 구조 향상 및 높은 비정전 용량입니다. 더욱이, 텔루르와 코발트/니켈 사이의 강한 공유 결합은 활성 부위의 양과 전기적 촉매 활성을 증가시킵니다. 텔루르와 코발트/니켈의 원자 궤도 중첩으로 인해 전하 이동 대역 값이 감소하면 초용량 특성, 유연성 및 전하 이동이 증가합니다.