Performances électrochimiques améliorées de la chenille magnétique

Jul 08, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 7822 (2023) Citer cet article

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Des nanofibres poreuses MgFe2O4 (Mg0,5Ni0,5Fe2O4) incorporées au Ni ont été synthétisées à l'aide de la méthode d'électrofilage sol-gel. La bande interdite optique, les paramètres magnétiques et les comportements électrochimiques capacitifs de l’échantillon préparé ont été comparés au MgFe2O4 et NiFe2O4 électrofilés vierges sur la base des propriétés structurelles et morphologiques. L'analyse XRD a confirmé la structure spinelle cubique des échantillons et la taille de leurs cristallites est évaluée comme étant inférieure à 25 nm à l'aide de l'équation de Williamson – Hall. Les images FESEM ont démontré des nanoceintures, des nanotubes et des fibres de type chenille intéressantes pour le MgFe2O4 électrofilé, le NiFe2O4 et le Mg0.5Ni0.5Fe2O4, respectivement. La spectroscopie de réflectance diffuse a révélé que les nanofibres poreuses Mg0,5Ni0,5Fe2O4 possèdent la bande interdite (1,85 eV) entre la valeur calculée pour les nanoceintures MgFe2O4 et les nanotubes NiFe2O4 en raison des effets d'alliage. L'analyse VSM a révélé que l'aimantation à saturation et la coercivité des nanoceintures de MgFe2O4 étaient améliorées par l'incorporation de Ni2+. Les propriétés électrochimiques des échantillons recouverts de mousse de nickel (NF) ont été testées par analyse CV, GCD et EIS dans un électrolyte KOH 3 M. L'électrode Mg0.5Ni0.5Fe2O4@Ni a révélé la capacité spécifique la plus élevée de 647 F g−1 à 1 A g−1 en raison des effets synergiques de plusieurs états de valence, d'une morphologie poreuse exceptionnelle et de la plus faible résistance de transfert de charge. Les fibres poreuses Mg0,5Ni0,5Fe2O4 ont montré une rétention de capacité supérieure de 91 % après 3 000 cycles à 10 A g−1 et une efficacité coulombienne notable de 97 %. De plus, le supercondensateur asymétrique Mg0.5Ni0.5Fe2O4//charbon actif a divulgué une bonne densité d'énergie de 83 W h Kg−1 pour une densité de puissance de 700 W Kg−1.

La demande mondiale toujours croissante en énergie pousse au développement de dispositifs et de matériaux de stockage d'énergie dotés d'une capacité spécifique impressionnante et d'une brillante stabilité de cycle, tels que les supercondensateurs1. Les nanofibres unidimensionnelles (1D) fournissant de nombreux sites actifs pour l’absorption des ions sont potentiellement l’une des meilleures options en tant qu’électrode de stockage d’énergie en raison de leurs magnifiques morphologies1,2. L'électrofilage est une méthode efficace, rentable, de diamètre contrôlable, pratique et rapide pour fabriquer différents types de nanostructures unidimensionnelles telles que des nanofibres, des nanoceintures et des nanotubes avec des performances distinguées telles qu'une excellente stabilité de cyclage, une capacité notable et une conductivité ionique appropriée. . Divers critères, tels que les paramètres de la solution (précurseurs, viscosité et solvant), le débit, la tension appliquée, la vitesse de chauffage et la température, ont une influence significative sur la morphologie des nanostructures électrofilées3. Les ferrites spinelles métalliques, généralement connus sous le nom de MFe2O4 (M : un ion métallique divalent), que les ions M et Fe peuvent localiser à la fois en positions tétraédriques et octaédriques dans un emballage cubique serré d'oxygène, ont attiré une grande attention au cours des dernières années en raison de leur simplicité. de synthèse, conductivité électrique élevée, faibles pertes électriques et toxicité inhérente, stabilités physiques et chimiques, nature magnétique et électrochimique spontanée résultant d'applications dans différents domaines technologiques4,5. Auparavant, le comportement supercapacitif des nanofibres C/CuFe2O46, Fe2O3@SnO27 et ZnOFe2O48 a été étudié de manière approfondie.

La ferrite de magnésium (MgFe2O4), possédant une bande interdite de 2,18 eV, est un matériau semi-conducteur de type n bien connu, principalement utilisé comme absorbeur de micro-ondes et comme batteries lithium-ion en raison de sa magnétisation à saturation modérée et de sa stabilité chimique élevée9,10,11. La ferrite de nickel (NiFe2O4) est un semi-conducteur de type n, ayant une faible coercivité et une résistivité électrique élevée12. MgFe2O4 et NiFe2O4 possèdent tous deux des structures spinelles cubiques inverses. Dans la structure spinelle inverse, un cation divalent (Mg2+, Ni2+) occupe la moitié de la coordination des sites B octaédriques et un cation trivalent (Fe3+) se localise sur les sites A tétraédriques ainsi que la moitié des sites B octaédriques4,13,14, 15,16,17.