Перспективные материалы для гидридных суперконденсаторов на основе гидроксида никеля и восстановленного оксида графена

Abstract

На основе восстановленного СВЧ-облучением оксида графена (RGO) и гидроксида никеля (Ni–RGO) были получены композиты переменного состава двумя способами: осаждением Ni(OH)₂ на RGO и смешением суспензий RGO и Ni(OH)₂. Установлено, что композиты Ni–RGO обладают высокой удельной ёмкостью при испытании их в качестве электродов суперконденсаторов в 1М KOH (от 150 до 330 Ф/г). Показано, что RGO обладает высокой стабильностью при циклировании в режиме заряд–разряд, но низкими показателями ёмкости ( ≈ 25 Ф/г). Чистый Ni(OH)₂, наоборот, имеет высокую удельную ёмкость в пределах 450–500 Ф/г, но недостаточную устойчивость при циклировании. Ёмкостные показатели и стабильность композитов Ni–RGO при гальваностатических испытаниях занимают промежуточные значения по сравнению с составляющими их компонентами в зависимости от процентного содержания Ni(OH)₂. После первых 100 циклов заряда–разряда видно, что введение RGO усиливает устойчивость электродной массы при циклировании. Таким образом, RGO может служить стабилизирующей добавкой, которая позволит увеличить срок службы и расширить диапазон рабочего тока суперконденсаторов на основе Ni(OH)₂.

На основі відновленого НВЧ-опроміненням оксиду графену (RGO) і гідроксиду нікелю (Ni–RGO) були одержані композити змінного складу двома способами: осадженням Ni(OH)₂ на RGO і змішанням суспензій RGO і Ni(OH)₂. Встановлено, що композити Ni–RGO мають високу питому ємність при випробуванні їх в якості електродів суперконденсаторів в 1 М KOH (від 150 до 330 Ф/г). Показано, що RGO має високу стабільність при циклуванні в режимі заряд–розряд, але низькі показники ємности ( ≈ 25 Ф/г). Чистий Ni(OH)₂, навпаки, має високу питому ємність у межах 450–500 Ф/г, але недостатню стійкість при циклуванні. Ємнісні показники і стабільність композитів Ni–RGO при гальваностатичних випробуваннях мають проміжні значення в порівнянні з компонентами, що складають їх, залежно від процентного вмісту Ni(OH)₂. Після перших 100 циклів заряду–розряду видно, що введення RGO підсилює стійкість електродної маси при циклуванні. Таким чином, RGO може бути стабілізувальною добавкою, яка уможливить збільшити термін служби і розширити діапазон робочого струму суперконденсаторів на основі Ni(OH)₂.

Using microwave-irradiation-reduced graphene oxide (RGO) and nickel hydroxide as precursors, the composites (Ni–RGO) of variable composition are fabricated in two ways: by precipitation of Ni(OH)₂ on RGO in situ or by mixing the suspensions RGO and Ni(OH)₂. As revealed, the Ni–RGO composites have a high specific capacity when tested as a supercapacitor electrode in 1 M KOH (150 to 330 F/g). As shown, the RGO has high stability during the charge–discharge cycling mode, but a low capacity (≈ 25 F/g). Pure Ni(OH)₂, on the contrary, has a high specific capacity in the range of 450–500 F/g, but lack the stability during cycling. Capacitive factor and stability of the Ni–RGO composites under galvanostatic tests take intermediate values as compared with their components, depending on the percentage of Ni(OH)₂. The introduction of RGO enhances the resistance of electrode mass during cycling after the first 100 charge–discharge cycles. Thus, RGO can serve as a stabilizing additive, which increases both the cycle life and the range of the operating current of supercapacitors based on the Ni(OH)₂.