تهيه ماده الكترودي بر پايه نانوصفحات هيدروكسيد كبالت به روش ترسيب كاتدي الكتروشيميايي و بررسي عملكرد ابرخازني

Preparation of supercapacitor electrode material based on the cobalt hydroxide nanoplates via cathodic electrodeposition and investigation of its supercapacitive performance

در اين تحقيق، نانوصفحات هيدروكسيد كبالت به روش ترسيب الكتروشيميايي از حمام نيتراتي تهيه شدند. آزمايش هاي ترسيب الكتروشيميايي در دماي اتاق و در دانسيته جريان ثابت 5/0 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع انجام شدند. ساختار و مورفولوژي پودر هيدروكسيدي تهيه شده با آناليزهاي پراش پرتو X، طيف سنجي زير قرمز (IR) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي و عبوري مورد ب.ررسي قرار گرفت. نتايج مطالعات ساختاري نشان داد كه محصول تهيه شده فاز كاملا خالص beta هيدروكسيد كبالت مي باشد. همچنين، مشاهدات SEM و TEM نشان داد كه نمونه تهيه شده داراي مورفولوژي صفحه اي شش ضلعي در ابعاد نانومتري مي باشد. اندازه اضلاع نانوصفحات 100-200 نانومتر مي باشد. رفتار ابرخازني نانوصفحات تهيه شده به تكنيك هاي ولتامتري چرخه اي و شارژدشارژ ارزيابي شد. براي اين منظور، ولتامتري چرخه اي و تست هاي شارژ دشارژ الكترودهاي ساخته شده از نانوصفحات تهيه شده در الكتروليت 1 مولار KOH و پنجره ي پتانسيلي 2/0 تا 55/0 ولت نسبت به الكترود رفرنس Ag/AgCl گرفته شد. مقدار ظرفيت محاسبه شده براي سيكل اول در تست هاي شارژدشارژ برابر با 5/915 فارد بر گرم بود كه به مقادير محاسبه شده از منحني هاي CV بسيار نزديك بود. همچنين براي سيكل 500 ام ظرفيتي برابر با 7/894 فارد بر گرم محاسبه شد كه تنها 2 درصد كاهش نسبت به ظرفيت محاسبه شده از سيكل اول را نشان داد. اين نتايج تاييد كرد كه نانوصفحات beta- Co(OH)2 ظرفيت ابرخازني بسيار خوب و عمر سيكلي كاملا بالايي دارند بطوريكه مي توانند كانديداي خوبي براي استفاده در ابرخازن ها باشند.

In this study, cobalt hydroxide nanoplates were prepared from nitrate bath by electrochemical deposition method. Electrodeposition experiments were performed at a current density of 0.5 mA cm2 in RT condition. The structure and morphology of the prepared sle were investigated via XRD, FTIR, SEM and TEM analyses. The structural analyses by XRD and IR showed that the prepared deposit has pure beta phase of Co(OH)2. Also, SEM and TEM observations revealed that the prepared sle has hexagonal platelike morphology at nanoscale. The edge lengths of the plates range from 100 to 200 nm. The supercapacitive behavior of the prepared nanoplates was evaluated by cyclic voltammetry (CV) and chargedischarge tests. For this purpose, CV and chargedischarge tests of the electrode prepared from hydroxide nanoplates were conducted in the potential window of 0.20.55 V vs. Ag/AgCl at 1M KOH electrolyte. For first cycle of chargedischarge, the capacity as high as 915.5 F g1 was measured which is in agreement with the values calculated form CV curves. Also, the capacity of 894.7 F g1 was calculated for the 500th cycle, which only 2% capacity decay. These results confirmed that the beta Co(OH)2 nanoplates have excellent supercapacitive behavior and high cycle life, which can be a promising candidate for the electrochemical supercapacitors.