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Novel synthesis of ZIF67 derived cobalt and nickel oxides induced by ammonium tetrafluoroborate as electroactive material of battery supercapacitor hybrids
Journal of Energy Storage ( IF 8.9 ) Pub Date : 2023-06-01 , DOI: 10.1016/j.est.2023.107831
Tsung-Rong Kuo , Hanny Tika Draviana , Chia-Shuo Hsu , Ren-Jei Chung , Min-Wen Chen , Su-Ching Wang , Pin-Yan Lee , Sibidou Yougbaré , Lu-Yin Lin , Yung-Fu Wu
Journal of Energy Storage ( IF 8.9 ) Pub Date : 2023-06-01 , DOI: 10.1016/j.est.2023.107831
Tsung-Rong Kuo , Hanny Tika Draviana , Chia-Shuo Hsu , Ren-Jei Chung , Min-Wen Chen , Su-Ching Wang , Pin-Yan Lee , Sibidou Yougbaré , Lu-Yin Lin , Yung-Fu Wu
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Cobalt and nickel oxides with large theoretical capacitance, high redox activity and low-cost features are widely applied as electroactive material of battery supercapacitor hybrids (BSH) to reduce energy consumption and create renewable energy. Synthesizing cobalt and nickel oxides using zeolitic imidazolate framework 67 (ZIF67) can enhance conductivity and electroactivity and maintain surface area and porosity of ZIF67. Structure directing agent (SDA) can control morphology and improve electrochemical performance. It is attractive to apply SDA for controlling morphology of oxidized ZIF67 and achieving excellent energy storage. In this work, ammonium tetrafluoroborate (NH4 BF4 ) is firstly applied as SDA to synthesize ZIF67 derivative, which is then annealed to form leaf-like cobalt and nickel oxides as electroactive material. The optimal oxidized ZIF67 derivative shows a larger specific capacitance (CF ) of 828.9 F/g than those of 519.9 and 5.0 F/g respectively for the oxidized ZIF67 and pristine ZIF67 electrodes, due to preferable leaf-like structure and (311) facet for the former case. A BSH with oxidized ZIF67 derivative positive electrode and graphene negative electrode shows maximum energy density of 10.2 Wh/kg at 357 W/kg, and CF retention of 91% and Coulombic efficiency of 97% after 10,000 cycles. The novel SDA of NH4 BF4 is expected to design other efficient electroactive materials for effective energy storage.
中文翻译:
四氟硼酸铵诱导的 ZIF67 衍生的钴和镍氧化物的新型合成,作为电池超级电容器混合材料的电活性材料
钴和镍氧化物具有理论电容大、氧化还原活性高、成本低等特点,被广泛用作电池超级电容器混合体 (BSH) 的电活性材料,以降低能耗并创造可再生能源。使用沸石咪唑酸盐框架 67 (ZIF67) 合成钴和镍氧化物可以增强电导率和电活性,并保持 ZIF67 的表面积和孔隙率。结构导向剂 (SDA) 可以控制形态并提高电化学性能。应用 SDA 控制氧化 ZIF67 的形态并实现出色的能量存储是有吸引力的。在本工作中,首先将四氟硼酸铵 (NH4BF4) 作为 SDA 合成 ZIF67 衍生物,然后将其退火形成叶状钴和镍氧化物作为电活性材料。最佳氧化 ZIF67 衍生物的比电容 (CF) 分别为 828.9 F/g,高于氧化 ZIF67 和原始 ZIF67 电极的 519.9 F/g,因为前者具有较优的叶状结构和 (311) 刻面。具有氧化 ZIF67 衍生物正极和石墨烯负极的 BSH 在 357 W/kg 时显示最大能量密度为 10.2 Wh/kg,循环 10,000 次后 CF 保留率为 91%,库仑效率为 97%。NH4BF4 的新型 SDA 有望设计其他高效的电活性材料以实现有效的能量存储。
更新日期:2023-06-01
中文翻译:
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四氟硼酸铵诱导的 ZIF67 衍生的钴和镍氧化物的新型合成,作为电池超级电容器混合材料的电活性材料
钴和镍氧化物具有理论电容大、氧化还原活性高、成本低等特点,被广泛用作电池超级电容器混合体 (BSH) 的电活性材料,以降低能耗并创造可再生能源。使用沸石咪唑酸盐框架 67 (ZIF67) 合成钴和镍氧化物可以增强电导率和电活性,并保持 ZIF67 的表面积和孔隙率。结构导向剂 (SDA) 可以控制形态并提高电化学性能。应用 SDA 控制氧化 ZIF67 的形态并实现出色的能量存储是有吸引力的。在本工作中,首先将四氟硼酸铵 (NH4BF4) 作为 SDA 合成 ZIF67 衍生物,然后将其退火形成叶状钴和镍氧化物作为电活性材料。最佳氧化 ZIF67 衍生物的比电容 (CF) 分别为 828.9 F/g,高于氧化 ZIF67 和原始 ZIF67 电极的 519.9 F/g,因为前者具有较优的叶状结构和 (311) 刻面。具有氧化 ZIF67 衍生物正极和石墨烯负极的 BSH 在 357 W/kg 时显示最大能量密度为 10.2 Wh/kg,循环 10,000 次后 CF 保留率为 91%,库仑效率为 97%。NH4BF4 的新型 SDA 有望设计其他高效的电活性材料以实现有效的能量存储。