Hibrit Süperkapasitörler için Metal-Organik Kompozit Temelli Malzemeler

Abstract

Pil benzeri ve kapasitif elektrotlardan oluşan hibrit süper kapasitörler, uygun güç ve yoğunlukları nedeniyle umut verici enerji depolama cihazları olarak kabul edilir. Yüksek özgül kapasitanslara, yüksek performansa ve istenen tokluğa sahip pil benzeri ve kapasitif elektrotların stili ve üretimi, hibrit süper kapasitörlerin genel enerji depolama performansını iyileştirmek için çok önemlidir. İşlevsel özelliklere, ayarlanabilir kimyasal yapılara sahip metal-organik yapılar (MOF), verimli hibrit süper kapasitörlerin yapımında kullanılabilir. Süper kapasitör uygulamalarında farklı tipte MOF kalsinasyonları incelenmiştir. Bu çalışmada, metal öncülü olarak Co(NO3)2.6H2O, organik ligantlar olarak 1,4-benzendikarboksilat(BDC) ve 1-vinilimidazol (1-VIM) kullanılarak standart solvotermal koşullar altında kobalt bazlı bir 2D koordinasyon polimeri hazırlandı. Çözücü olarak N,N-dimetilformamid (DMF) ve etanol kullanıldı.Solvotermal reaksiyonla 2D koordinasyon polimeri [Co3(BDC)3(1-vim)2] elde edildi ve termogravimetri/diferansiyel termal analiz (TA), toz X-ışını kırınımı (PXRD) ve Fourier dönüşümleri kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile karakterize edildi. TA sonuçları, [Co3(BDC)3(1-vim)2]'nin üç ana aşamada ayrıştığını ve son olarak Co3O4 oluşumunun gözlendiğini doğruladı. FTIR sonuçlarında vinil, karboksil ve C—H'nin farklılaşması gözlendi. Oluşan kristal yapıları karakterize etmek için toz X-ışını verileri kullanıldı. Kobalt bazlı aktif maddeler olan Co3O4, ısıl işlemlerle elde edilmiş ve toz X-ışını kırınımı ile karakterize edilmiştir. Süper kapasitörler için elektrotların yapımında bağlayıcı malzeme olarak poliviniliden florür ve iletkenliği iyileştirmek için iletken karbon kullanıldı. [Co3(BDC)3(1-vim)2] ve Co3O4'ün elektrokimyasal performansı, KOH ve Na2SO4 elektrolitinde üç elektrotlu bir sistemde döngüsel voltammetri ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi ile incelendi. Döngüsel voltametri sonuçlarının değerlendirilmesi için alan hesaplamaları yapıldı ve kapasite değerleri hesaplandı. Hesaplanan kapasite değerleri literatür ile karşılaştırmalı olarak verildi. Sonuçlar literatür değerleri ile uyumludur.

Hybrid supercapacitors, consisting of battery-like and capacitive electrodes, are considered promising energy storage devices due to their favorable power and density. The style and manufacture of battery-like and capacitive electrodes with high specific capacitances, high performance, and desired toughness are crucial to improving the overall energy storage performance of hybrid supercapacitors. Metal-organic frameworks (MOF) with functional properties, tunable chemical structures can result in preferable energy storage efficiencies of hybrid supercapacitors. Different types of MOF calcinations have been studied in supercapacitor applications In this work, a cobalt-based 2D coordination polymer was prepared under standard solvothermal conditions using Co(NO3)2.6H2O as metal precursor, 1,4-benzenedicarboxylate(BDC) and 1-vinylimidazole (1-VIM) as organic ligants and N,N-dimethylformamide (DMF) and ethanol as solvents. 2D coordination polymer [Co3(BDC)3(1-vim)2] was obtained and chracterized by thermogravimetry/differential thermal analysis (TA), powder X-ray diffraction (PXRD) and Fourier transforms infrared spectroscopy (FTIR). TA results confirmed that [Co3(BDC)3(1-vim)2] decomposes in three main stages and the finally Co3O4 formation was observed. Vibration of vinily, carboxyl and C—H were observed in FTIR results. Powder X-ray data was used to characterise crystal structures formed. Cobalt-based active materials, Co3O4 was obtained by thermal treatments at diffrenet temperratures and chracterized by powder X-ray diffraction. Polyvinylidene fluoride was used as the binder material and and conductive carbon was used to improve the conductivity in making of electrodes for supercapacitors. Electrochemical performance of [Co3(BDC)3(1-vim)2] and Co3O4 were studied by the cyclic voltammetry in a three- electrode system in KOH and Na2SO4 electrolyte. The results are compatible with the literature values.