Melhor desempenho eletroquímico da lagarta magnética

Jul 08, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 7822 (2023) Citar este artigo

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Nanofibras porosas de MgFe2O4 (Mg0,5Ni0,5Fe2O4) incorporadas com Ni foram sintetizadas usando o método de eletrofiação sol-gel. O bandgap óptico, os parâmetros magnéticos e os comportamentos capacitivos eletroquímicos da amostra preparada foram comparados com MgFe2O4 e NiFe2O4 eletrofiados puros com base em propriedades estruturais e morfológicas. A análise de XRD afirmou a estrutura cúbica do espinélio das amostras e seu tamanho de cristalito é avaliado como inferior a 25 nm usando a equação de Williamson-Hall. Imagens FESEM demonstraram nanocintos, nanotubos e fibras semelhantes a lagartas interessantes para MgFe2O4, NiFe2O4 e Mg0.5Ni0.5Fe2O4 eletrofiados, respectivamente. A espectroscopia de refletância difusa revelou que as nanofibras porosas de Mg0,5Ni0,5Fe2O4 possuem o intervalo de banda (1,85 eV) entre o valor calculado para nanobelts de MgFe2O4 e nanotubos de NiFe2O4 devido aos efeitos de liga. A análise do VSM revelou que a magnetização de saturação e a coercividade das nanofitas de MgFe2O4 foram potencializadas pela incorporação de Ni2+. As propriedades eletroquímicas das amostras revestidas com espuma de níquel (NF) foram testadas por análise CV, GCD e EIS em um eletrólito KOH 3 M. O eletrodo Mg0.5Ni0.5Fe2O4@Ni revelou a maior capacitância específica de 647 F g-1 a 1 A g-1 devido aos efeitos sinérgicos de múltiplos estados de valência, morfologia porosa excepcional e menor resistência à transferência de carga. As fibras porosas de Mg0,5Ni0,5Fe2O4 apresentaram retenção de capacitância superior de 91% após 3.000 ciclos a 10 A g-1 e notável eficiência Coulombic de 97%. Além disso, o supercapacitor assimétrico de carvão ativado Mg0,5Ni0,5Fe2O4 // divulgou uma boa densidade de energia de 83 W h Kg-1 a uma densidade de potência de 700 W Kg-1.

A crescente demanda mundial por energia está incentivando o desenvolvimento de dispositivos e materiais de armazenamento de energia com impressionante capacitância específica e brilhante estabilidade de ciclo, como os supercapacitores1. Nanofibras unidimensionais (1D) que fornecem numerosos sítios ativos para absorção de íons são potencialmente uma das melhores opções como eletrodo de armazenamento de energia devido às suas magníficas morfologias . A eletrofiação é um método eficiente, econômico, controlável em diâmetro, conveniente e rápido para fabricar diferentes tipos de nanoestruturas unidimensionais, como nanofibras, nanobelts e nanotubos, com desempenhos distintos, como excelente estabilidade de ciclagem, capacidade notável e condutividade iônica adequada. . Vários critérios, como parâmetros de solução (precursores, viscosidade e solvente), vazão, tensão aplicada, taxa de aquecimento e temperatura, têm uma influência significativa na morfologia das nanoestruturas eletrofiadas3. Ferritas de espinélio metálico, geralmente conhecidas como MFe2O4 (M: um íon metálico divalente), cujos íons M e Fe podem localizar em posições tetraédricas e octaédricas em um empacotamento cúbico fechado de oxigênio, atraíram ampla atenção nos últimos anos devido à sua simplicidade de síntese, alta condutividade elétrica, baixas perdas elétricas e toxicidade inerente, estabilidades físicas e químicas, natureza magnética e eletroquímica espontânea resultando em aplicações em diferentes campos da tecnologia4,5. Anteriormente, o comportamento supercapacitivo das nanofibras C/CuFe2O46, Fe2O3@SnO27 e ZnOFe2O48 foi estudado extensivamente.

A ferrita de magnésio (MgFe2O4), possuindo um band gap de 2,18 eV, é um conhecido material semicondutor do tipo n, usado principalmente como absorvedor de microondas e baterias de íons de lítio devido à magnetização de saturação moderada e alta estabilidade química . A ferrita de níquel (NiFe2O4) é um semicondutor do tipo n, possuindo baixa coercividade e alta resistividade elétrica . Tanto o MgFe2O4 quanto o NiFe2O4 possuem estruturas cúbicas de espinélio inverso. Na estrutura inversa do espinélio, um cátion divalente (Mg2+, Ni2+) ocupa metade da coordenação dos sítios B octaédricos e um cátion trivalente (Fe3+) localiza-se nos sítios A tetraédricos, bem como metade dos sítios B octaédricos4,13,14, 15,16,17.