ChemElectroChem:不同形貌的Co3O4电极用于混合电容器磁响应的研究

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江苏大学刘圆课题组报道了溶剂热法制备不同三维形貌的Co3O4电极材料,并研究了磁场对其混合电容器(HCs)性能的影响,发现不同的磁响应归因于外部磁场下电极/电解质界面处电解质离子不同对流路径的影响。


在新能源领域大力发展的今天,磁场作为非接触的、可控的变量,对纳米结构的制备和储能器件的改进提供了一种绿色、环保的新策略。其中,电场力与洛伦兹力效应的相互作用,增加了非均相的电解质/电极界面处的离子传输研究的复杂性。因此,调控电极材料的形态来研究HCs的磁响应,对于电化学或磁性领域的基础研究及潜在应用具有重要意义。

图1 (a)针状,(b)杂草状,(c)网状Co3O4电极的扫描电镜图;(d)三类不同形貌电极的XRD图谱。

作者在保持电极的磁性、晶体结构和比表面积基础上选择不同形貌的Co3O4电极作为研究体系,运用循环伏安技术、恒电流充放电和交流阻抗测试,来分析不同形貌的Co3O4电极构建的HCs受外界磁场的影响。


研究表明,针状和杂草状Co3O4电极在100 mV/s时表现出负磁响应(分别为-23.2%和-5.1%);不同的是,网状的电极能够在磁场下获得约41.5%的容量增加。这证明不同形貌样品的磁响应结果不尽不同,作者将磁响应的影响归因于洛伦兹力作用下内部通道中离子传输轨迹。具体而言,洛伦兹力的作用能改变离子的方向,在低扫描速率下,这增加了电解质离子与电极接触的可能性,使得所有电极的磁响应电容变大(尤其是网状Co3O4电极效果更加显著,达到45.3%的磁电容增加)。在高扫速下,电解离子只有一定的机会进入到电极的浅层区域,此时洛伦兹力导致离子的输运方向发生偏移,从而难以进一步到达电极,因此出现负磁响应。这个结果使研究者对磁场下电极内部的离子传输路径有了更深入的理解。

图2 针状和网状电极在不同扫描速率下的磁响应增量,以及磁场下的动力学储能机制模型

文信息

Preparation of Co3O4 Electrodes with Different Morphologies for the Investigation of Magnetic Response in Hybrid Capacitors

Zhiwei Liang, Wensheng Tian, Prof. Yuan Liu, Yuanzhen Du, Wenxin Zhang, Prof. Lihua Lin, Prof. Mingming Chen, Prof. Dawei Cao


ChemElectroChem

DOI: 10.1002/celc.202200030


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