Production de supercondensateurs d'aérogel d'hydroxyde de ruthénium MWCNT/et étude des performances électrochimiques

Sep 01, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 12862 (2022) Citer cet article

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Dans cette étude, le matériau obtenu par la sonication du nanotube de carbone à double paroi et du chlorure de ruthénium a été produit sous forme d'aérogel. Ensuite, des dispositifs à supercondensateurs symétriques ont été fabriqués à partir de ces derniers et leurs propriétés électrochimiques ont été étudiées. XRD et FTIR ont été utilisés dans l'analyse structurelle de l'aérogel, STEM dans les images de surface et les analyses élémentaires dans EDX. L'analyse électrochimique a été réalisée par galvanostat/potentiostat. À partir de l’analyse par voltamétrie cyclique, la capacité spécifique la plus élevée pour les aérogels MWCNT/hydroxyde de ruthénium a été atteinte, soit 423 F/g à 5 mV/s. D'autre part, les valeurs correspondantes calculées à partir des courbes charge-décharge se sont révélées être de 420,3 F/g et 319,9 F/g aux densités de courant de 0,5 A/g et 10,0 A/g, respectivement. La rétention de capacité de l'aérogel tel que synthétisé était de 96,38 % à la fin des 5 000 cycles de voltamétrie cyclique consécutifs consécutifs.

Aujourd’hui, les besoins énergétiques résultant de l’augmentation de la population et de l’industrialisation ne peuvent être satisfaits en raison de ressources limitées ; par conséquent, l’écart entre la production et la consommation d’énergie se creuse rapidement. Dans ce cas, l’utilisation plus efficace des ressources énergétiques disponibles devient de plus en plus importante. Le stockage efficace de l’énergie obtenue à partir de sources d’énergie renouvelables et le développement des transformations les plus appropriées contribueront à répondre à l’augmentation rapide de la demande énergétique. Dans ce contexte, les supercondensateurs (SC) offrent divers avantages, notamment une densité de puissance élevée, une capacité de charge-décharge rapide et une longue durée de vie. Par conséquent, ils ont suscité une attention considérable car ils sont utilisés comme systèmes de stockage d’énergie suprêmes dans de vastes domaines d’application1,2,3,4,5. Cependant, étant donné que la faible densité énergétique des supercondensateurs limitera leurs applications futures, l'ingénierie de SC hautes performances revêt une importance scientifique et industrielle6. Dans des études récentes, les chercheurs se sont concentrés sur différents oxydes de métaux de transition (TMO), qui présentent de très bonnes performances électrochimiques et des propriétés respectueuses de l'environnement, à utiliser dans les SC. Les oxydes métalliques, en général, ont une densité énergétique nettement supérieure à celle des structures carbonées classiques et sont plus stables électrochimiquement que les matériaux polymères7. RuO2 est le premier oxyde de métal de transition signalé pour les SC. Ses propriétés uniques telles qu'une capacité spécifique élevée (jusqu'à 1 580 F/g), la stabilité, une grande activité faradique, l'adsorption des ions et une bonne conductivité électrique en ont fait l'un des candidats les plus remarquables à utiliser dans SC8,9,10.

Les NTC, quant à eux, ont une excellente conductivité électrique qui, en raison de l’architecture physique unique de la liaison covalente sp2 entre les atomes de carbone, réduit efficacement la résistivité du système. Ils peuvent servir d’agents en développant un réseau conducteur pour obtenir des électrodes performantes grâce à leurs propriétés mécaniques exceptionnelles. Les NTC aident à établir une grande interface électrolyte-électrode grâce à leur surface spécifique élevée (1 300 m2g−1) et assurent un stockage d'énergie efficace, en plus de leur stabilité chimique11,12,13,14,15,16,17,18, 19,20. Cependant, les NTC ne peuvent pas être utilisés directement comme matière active ; par conséquent, ils doivent être combinés avec certains oxydes métalliques (RuO2, MoO2, etc.) ou des polymères conducteurs pour obtenir une densité énergétique plus élevée. D'autre part, les aérogels ayant une faible densité (0,003 à 0,15 kg/m3), une porosité élevée et de grandes surfaces (500 à 1 000 m2/g) sont connus comme les matériaux solides les plus légers. En raison de leurs tailles de pores et de leurs surfaces ajustables, ainsi que de leur résistance mécanique et de leurs propriétés physico-chimiques particulières, les aérogels ont un brillant avenir pour les applications de supercondensateurs. Outre leur structure de réseau tridimensionnelle, les aérogels de carbone ont une excellente conductivité électrique. Les aérogels CNT sont une bonne alternative en tant que matériau d'électrode de supercondensateur car ils offrent une grande surface spécifique, une conductivité électrique, une légèreté et une résistance mécanique élevée21. Les performances électrochimiques des nanocomposites ont récemment été testées sous différents types d'électrolytes.