Mikrosfer CoMoO4 Sintesis Hidrotermal Sebagai Bahan Elektroda Unggul untuk Superkapasitor

Abstrak

CoMoO fase tunggal₄ disiapkan melalui metode hidrotermal yang lancar ditambah dengan perlakuan kalsinasi pada 400 °C. Struktur, morfologi, dan sifat elektrokimia sampel dengan waktu reaksi hidrotermal yang berbeda diselidiki. Struktur mikrosfer, yang terdiri dari nanoflakes, diamati dalam sampel. Kapasitansi spesifik pada 1 A g⁻¹ adalah 151, 182, 243, 384, dan 186 F g⁻¹ untuk sampel dengan waktu hidrotermal masing-masing 1, 4, 8, 12, dan 24 jam. Selain itu, sampel dengan waktu hidrotermal 12 jam menunjukkan kemampuan laju yang baik, dan terdapat 45% retensi kapasitansi awal saat rapat arus meningkat dari 1 menjadi 8 A g⁻¹ . Kapasitas penyimpanan sampel yang tinggi menunjukkan stabilitas siklus panjang yang baik setelah 1000 siklus pengisian-pengosongan pada kerapatan arus 8 A g⁻¹ . Hasilnya menunjukkan bahwa CoMoO₄ sampel bisa menjadi pilihan bahan elektroda yang sangat baik untuk superkapasitor.

Latar Belakang

Penting untuk mengembangkan konversi dan penyimpanan energi alternatif terbarukan karena peluruhan bahan bakar fosil yang cepat. Superkapasitor, sebagai semacam perangkat penyimpan energi, telah menarik banyak perhatian dalam beberapa tahun terakhir [1,2,3,4,5]. Superkapasitor menunjukkan kinerja yang diinginkan, seperti kepadatan daya yang tinggi, waktu pengisian yang singkat dan siklus hidup yang panjang [6,7,8]. Menurut mekanisme penyimpanan muatan, superkapasitor dapat diklasifikasikan menjadi kapasitor lapis ganda elektrokimia (EDLC) dan kapasitor elektrokimia redoks (yaitu pseudocapacitance (PC)). Mekanisme penyimpanan muatan EDLC terkait dengan adsorpsi dan desorpsi reversibel ion elektrolit pada permukaan elektroda/elektrolit, sedangkan PC terkait dengan reaksi redoks pada permukaan elektroda [4, 6, 8, 9]. Oleh karena itu, baik untuk EDLC atau PC, elektroda sangat penting, dan perlu untuk menemukan bahan elektroda yang menarik untuk aplikasi superkapasitor. Umumnya, densitas energi PC lebih tinggi daripada EDLC [10, 11]. Banyak bahan oksida logam, seperti NiO [12, 13], Co₃ O₄ [3], CuO [14], MnO₂ [15], dan SnO₂ [16], telah menarik banyak perhatian untuk digunakan sebagai elektroda superkapasitor. Di antara oksida logam ini, oksida molibdenum dan oksida kobalt adalah kandidat yang menjanjikan untuk aplikasi karena aktivitas redoksnya yang tinggi, bilangan oksidasi ganda, kapasitansi spesifik teoretis yang tinggi, penyimpanan ion kecil yang dapat dibalik, dan biaya rendah [11]. Zhou dkk. MoO siap₂ nanopartikel, dan sampel menunjukkan kapasitansi spesifik yang tinggi sebesar 621 F g⁻¹ [17], dan Wu et al. menyelidiki sifat-sifat MoO₂ /CNT dengan kapasitansi 467,4 F g⁻¹ [18].

Oksida logam campuran telah menarik banyak perhatian karena aktivitas redoksnya yang tinggi, konduktivitas listrik yang baik, penyimpanan ion kecil yang reversibel, dan biaya rendah [11]. Di antara mereka, molibdat logam telah menarik banyak perhatian untuk aplikasi penyimpanan energi. Seperti NiMoO₄ [19,20,21], MnMoO₄ [22, 23], CoMoO₄ [6, 8, 11, 24, 25] dan molibdat logam lainnya telah diteliti secara ekstensif sebagai bahan elektroda yang sangat baik untuk superkapasitor. Seperti yang dilaporkan dalam Ref. [26,27,28], CoMoO₄ menguntungkan karena biayanya yang rendah dan tidak beracun serta menunjukkan sifat elektrokimia yang ditingkatkan. Veerasubramani dkk. menyiapkan CoMoO seperti piring₄ dengan kapasitansi spesifik sekitar 133 F g⁻¹ pada 1 mA cm⁻² [26]. Padmanathan dkk. mensintesis -CoMoO₄ nanoflakes/CFC digunakan sebagai superkapasitor simetris dengan kapasitansi spesifik 8,3 F g⁻¹ pada rapat arus 1 A g⁻¹ dalam elektrolit organik [29]. Selain itu, Kazemi dkk. memperoleh CoMoO berbentuk dandelion₄ dengan kapasitansi spesifik yang sangat baik sebesar 2100 F g⁻¹ pada rapat arus 1 A g⁻¹ [8]. Xia dkk. melaporkan bahwa CoMoO₄ komposit /graphene menunjukkan kapasitansi spesifik 394,5 F g⁻¹ (pada kecepatan pemindaian 1 mV s⁻¹ ), yaitu sekitar 5,4 kali nilai CoMoO murni₄ [30].

Dalam artikel ini, CoMoO₄ nanoflakes disintesis dengan metode hidrotermal sederhana pada waktu reaksi hidrotermal yang berbeda, diikuti dengan kalsinasi pada suhu 400 °C dalam tungku peredam. Sifat elektrokimia sampel diselidiki dengan menggunakan metode voltametri siklik (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), dan spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS). Menurut hasil pengujian GCD, sampel menunjukkan kapasitansi spesifik sebesar 151, 182, 243, 384, dan 186 F g⁻¹ pada kerapatan arus 1 A g⁻¹ dalam elektrolit KOH 2 M. Sampel CMO-12 menunjukkan sifat elektrokimia yang menarik.

Eksperimental

Sintesis CoMoO₄

CoMoO₄ sampel disintesis dengan metode hidrotermal sederhana. Pertama, 0,4410 g Co(TIDAK₃ )₂ ·6H₂ O dan 0,2675 g (NH₄ )₆ Mo₇ O₂₄ ·4H₂ O (AHM) dilarutkan dalam 30 mL air suling dengan pengadukan magnetik selama 10 menit pada suhu kamar untuk mendapatkan larutan campuran yang jernih. Kedua, 0,3621 g urea ditambahkan perlahan ke dalam larutan campuran Co(NO₃ )₂ ·6H₂ O dan AHM dengan pengadukan magnet. Campuran diaduk selama 1 jam untuk membentuk larutan homogen. Selanjutnya, larutan homogen dipindahkan ke dalam autoklaf baja tahan karat berlapis Teflon 50 mL dan dipertahankan pada suhu 180 °C dalam oven listrik selama 1 jam. Sampel lain disiapkan dengan waktu hidrotermal masing-masing 4, 8, 12, dan 24 jam. Produk yang disintesis didinginkan sampai suhu kamar dengan oven. Kemudian, larutan yang dihasilkan disentrifugasi dengan air suling dan etanol. Endapan yang diperoleh dikeringkan pada suhu 60 °C dalam oven vakum selama 10 jam. Akhirnya, endapan kering dikalsinasi pada 400 °C dalam tungku meredam selama 2 jam untuk mendapatkan produk akhir. Produk akhir masing-masing ditandai sebagai CMO-1, CMO-4, CMO-8, CMO-12, dan CMO-24.

Karakterisasi Material

Struktur kristal sampel ditentukan dengan difraksi sinar-X (XRD; Bruker, D8 Discover) pada 40 kV dan 40 mA. Morfologi sampel diperiksa dengan mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FE-SEM; Zeiss, SUPRA 40) dan mikroskop elektron transmisi (TEM; JEM-2100). Isoterm adsorpsi-desorpsi nitrogen dari sampel diperoleh dengan menggunakan aparatus adsorpsi fisika Autosorb-iQ. Kemudian, luas permukaan spesifik dan distribusi ukuran pori sampel diperoleh dengan metode Brunauer-Emmett-Teller (BET) dan Barrett-Joyner-Halenda (BJH).

Persiapan Elektroda Kerja dan Pengukuran Elektrokimia

Elektroda kerja disiapkan sesuai dengan metode yang dilaporkan dalam literatur [31]. Produk hasil sintesis, acetylene black, dan polytetrafluoroethylene (PTFE) dicampur dengan perbandingan berat 70:20:10 untuk membentuk pasta yang homogen. Kemudian dilapiskan pada nikel foam yang sudah dibersihkan dengan luas 1 cm × 1 cm. Setelah dikeringkan dalam oven vakum pada suhu 50 °C selama 6 jam untuk menghilangkan pelarut, kemudian busa nikel ditekan pada 10 MPa selama 2 menit dengan mesin bead. Massa bahan aktif pada elektroda sekitar 3~5 mg.

Sifat elektrokimia sampel dikarakterisasi dengan menggunakan stasiun kerja elektrokimia CS 350 (CorrTest, Wuhan) pada suhu kamar. Dua mol per liter larutan KOH digunakan sebagai larutan elektrolit, dan sistem tiga elektroda digunakan dalam pengukuran. CoMoO₄ , platinum, dan elektroda kalomel jenuh (SCE) disajikan sebagai elektroda kerja, elektroda lawan, dan elektroda referensi, masing-masing. Kurva CV dilakukan dalam rentang potensial 0.2 hingga + 0.6 V pada kecepatan pemindaian yang berbeda dari 5, 10, 20, 40, 50, dan 100 mV ⁻¹ . Kurva GCD diuji pada kepadatan arus yang berbeda dari 1, 1,5, 2, 3, 5, dan 8 A g⁻¹ . EIS sampel diselidiki dari 0,01 Hz hingga 100 kHz.

Hasil dan Diskusi

Karakterisasi Struktural dan Morfologi

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1, pola XRD sampel konsisten dengan pola standar CoMoO₄ (JCPDS No. 21-0868), dan mereka serupa seperti yang dilaporkan sebelumnya [6, 8, 32, 33]. Puncak difraksi pada 13,1°, 19,1°, 23,3°, 26,5°, 27,2°, 28,3°, 32,0°, 33,6°, 36,7°, 40,2°, 43,6°, 47,0°, 52,1°, 53,7°, 58,4°, dan 64,5° sesuai dengan refleksi dari (001), ($ \overline{2} $01), (021), (002), ($ \overline{1} $12), ($ \ overline{3} $11), ($ \overline{1} $31), ($ \overline{2} $22), (400), (003), ($ \overline{2 } $41), (241), ($ \overline{2} $04), ($ \overline{4} $41), (024), dan (243) masing-masing. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1, puncak difraksi yang lebih luas dan lebih lemah dari pola XRD untuk CoMoO₄ sampel diamati, menunjukkan kristalisasi lemah dalam sampel. Seperti yang dilaporkan dalam Ref. [8, 34], kristalinitas yang lebih lemah memainkan peran penting untuk meningkatkan perilaku elektrokimia dalam aplikasi superkapasitor.

Pola XRD dari lima sampel

Morfologi permukaan CoMoO₄ sampel dikarakterisasi dengan SEM dan TEM. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2, struktur mikrosfer diamati untuk semua sampel, dan mikrosfer terdiri dari serpihan nano. Dengan bertambahnya waktu hidrotermal, ketebalan nanosheet meningkat terlebih dahulu dan kemudian berkurang, dan nanoflake paling tebal diperoleh dalam sampel dengan waktu hidrotermal 12 jam. Gambar 3a, b menunjukkan gambar pemetaan elemen spektroskopi dispersi energi (EDS) dan spektrum EDS CMO-12. Menurut gambar pemetaan elemen, elemen Co, Mo, dan O terdistribusi secara merata di mikrosfer. Perbandingan molar unsur Co, Mo, dan O adalah sekitar 1:1:4, yang sesuai dengan komposisi CoMoO₄ . Gambar 3c, d menunjukkan gambar TEM dari CMO-12. Seperti yang ditunjukkan pada sisipan Gambar. 3c, pola difraksi elektron area (SAED) yang dipilih mengungkapkan sifat kristal tunggal dari CoMoO₄ . Bintik-bintik difraksi yang jelas dapat ditentukan pada bidang kristal ($ \overline{2} $22), (024), ($ \overline{1} $31), dan (002) dari CoMoO₄ . Gambar 3d adalah gambar HRTEM; ini menunjukkan jarak kisi 0,34 dan 0,27 nm, yang dapat dikaitkan dengan bidang (002) dan ($ \overline{1} $31) dari CoMoO₄ , masing-masing.

Gambar sampel SEM perbesaran rendah dan tinggi. a , b CMO-1. c , d CMO-4. e , f CMO-8. g , h CMO-12. saya , j CMO-24

a Gambar pemetaan elemen spektroskopi dispersi energi (EDS) dan distribusi Co, Mo, dan O. b Spektrum dan sisipan EDS adalah persen jatah molar unsur Co, Mo, dan O. c TEM dan inset pembesaran tinggi adalah pola difraksi elektron area yang dipilih. d Gambar HRTEM dari sampel CMO-12

Gambar 4 menunjukkan distribusi ukuran pori dan N₂ isoterm adsorpsi-desorpsi CoMoO₄ sampel. Menurut N₂ isoterm adsorpsi-desorpsi sampel, semua isoterm menunjukkan fitur tipe IV dengan H₃ -jenis histeresis loop. Luas permukaan spesifik BET dari CMO-1, CMO-4, CMO-8, CMO-12, dan CMO-24 dihitung menjadi 18.4, 29.2, 42.8, 74.1, dan 26,2 m² g⁻¹ , masing-masing. Sampel CMO-12 menunjukkan luas permukaan BET tertinggi, dan luas permukaan BET tinggi dapat meningkatkan bidang kontak elektroda/elektrolit dan menyediakan situs yang lebih aktif untuk transpor elektron dan ion yang efisien dalam sistem elektroda [35]. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4, puncak tajam dalam distribusi ukuran pori sampel terletak di 145,9, 74.1, 22.6, 27.9, dan 75,3 nm, masing-masing. Hal ini menunjukkan adanya mesopori pada CMO-8 dan CMO-24. Namun, beberapa makropori terdeteksi pada sampel CMO-1, CMO-4, dan CMO-24. Ketika bahan digunakan dalam superkapasitor, struktur mesopori bahan juga dapat meningkatkan area kontak antara elektroda dan elektrolit; ada situs aktif yang lebih memadai untuk transpor elektron dan ion yang efisien dalam sistem elektroda [36,37,38]. Oleh karena itu, CMO-12 dengan luas permukaan BET tertinggi dan struktur mesopori mungkin menunjukkan sifat elektrokimia yang lebih baik daripada sampel lainnya.

Distribusi ukuran pori dan N₂ isoterm adsorpsi-desorpsi sampel

Karakterisasi Elektrokimia

Kurva CV CoMoO₄ sampel dengan kecepatan pemindaian berbeda 5–100 mV s⁻¹ dalam elektrolit KOH 2 M dengan rentang potensial dari 0.2 V hingga + 0.6 V (vs. Hg/HgO) ditunjukkan pada Gambar. 5a –e. Puncak reaksi Faradik yang khas dapat dilihat dengan jelas di semua kurva, yang menunjukkan bahwa CoMoO₄ elektroda adalah elektroda pseudocapacitor. Puncak redoks yang diamati disebabkan oleh kinetika transfer muatan Co²⁺ dan Co³⁺ terkait dengan OH⁻ dalam elektrolit [8, 26]. Reaksi redoks Co²⁺ /Co³⁺ terdaftar sebagai berikut [39, 40]:

$$ {\mathrm{CoMoO}}_4+{\mathrm{OH}}^{-}\to \mathrm{CoOOH}+{\mathrm{MoO}}_3+{\mathrm{e}}^{-} $$ (1) $$ \mathrm{CoOOH}+{\mathrm{OH}}^{-}\kern0.28em \iff \kern0.28em {\mathrm{CoO}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm {O}+{\mathrm{e}}^{-} $$ (2) $$ \mathrm{CoOOH}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{e}}^ {-}\kern0.28em \iff \kern0.28em \mathrm{Co}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2+{\mathrm{OH}}^{-} $$ (3)

Kurva CV di bawah tingkat pemindaian yang berbeda dari 5, 10, 20, 40, 50, dan 100 mV s⁻¹ sampel a CMO-1, b CMO-4, c CMO-8, d CMO-12, dan e CMO-24 di jendela potensial berkisar dari 0.2 hingga + 0.6 V. f Kapasitansi spesifik sampel di bawah tingkat pemindaian yang berbeda 5–100 mV s⁻¹ . Sisipan di f adalah plot arus puncak anodik dan katodik terhadap akar kuadrat dari laju pemindaian

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5a–e, dengan peningkatan laju pemindaian, puncak redoks masing-masing bergeser ke potensial yang lebih tinggi dan lebih rendah. Perbedaan potensial antara puncak oksidasi dan puncak reduksi juga meningkat dengan meningkatnya laju pemindaian. Hal ini menunjukkan bahwa derajat ireversibel dan reaksi quasi-reversibel meningkat dengan meningkatnya laju pemindaian [36, 41]. Pergeseran ini terutama terkait dengan resistansi internal elektroda dan polarisasi yang disebabkan oleh laju pemindaian yang tinggi [36, 42]. Hubungan yang hampir linier antara potensi puncak redoks dan akar kuadrat dari laju pemindaian diamati, yang dapat dilihat pada inset Gambar 5f. Hubungan yang mendekati linier juga menunjukkan bahwa kinetika reaksi selama proses redoks kemungkinan dikendalikan oleh proses difusi ion [6].

Menurut kurva CV, kapasitansi spesifik sampel dapat dihitung dengan persamaan berikut:

$$ {C}_{\mathrm{sp}}=\frac{\int_{V_1}^{V_2} IdV}{m\times v\times \Delta V}, $$ (4)

dimana C _sp (F g⁻¹ ) adalah kapasitansi spesifik, V ₁ dan V ₂ adalah tegangan awal dan akhir, IdV adalah luas integral kurva CV, m (g) adalah massa bahan aktif yang dimuat pada elektroda, v (mV s⁻¹ ) adalah tingkat pemindaian potensial, dan V (V) adalah jendela potensial sapuan. Kapasitansi spesifik sampel dihitung berdasarkan kurva CV dengan menggunakan Persamaan. (4), yang ditunjukkan pada Gambar. 5f. Kapasitansi spesifik dari semua sampel menurun seiring dengan meningkatnya kecepatan pemindaian. Selengkapnya OH⁻ dapat mencapai situs aktif dengan kondisi yang lebih menguntungkan pada tingkat pemindaian potensial yang rendah [31, 43]. Selanjutnya, scan rate yang lebih tinggi menyebabkan penipisan atau saturasi proton dalam elektrolit di dalam elektroda selama proses redoks, dan hanya permukaan luar yang dapat digunakan untuk penyimpanan muatan [41, 43, 44]. Ketika waktu sintesis hidrotermal meningkat dari 1 hingga 12 jam, kapasitansi spesifik sampel menunjukkan peningkatan yang jelas dari 171,3 menjadi 315.7 F g⁻¹ pada kecepatan pemindaian 5 mV s⁻¹ . Namun, kapasitansi spesifik menurun dari 315,7 menjadi 178,7 F g⁻¹ ketika waktu hidrotermal meningkat dari 12 menjadi 24 jam. Oleh karena itu, sampel CMO-12 (yaitu, waktu hidrotermal adalah 12 jam) menunjukkan kapasitansi spesifik yang sangat baik. Kapasitansi spesifik 315.7 F g⁻¹ pada 5 mV s⁻¹ lebih baik daripada 286 F g⁻¹ untuk CoMoO₄ nanorods [11] dan 95.0 F g⁻¹ untuk CoMoO murni₄ [45] dan sebanding dengan 322,5 F g^− 1 untuk RGO/CoMoO₄ [45].

Sifat elektrokimia yang ditingkatkan seperti itu dapat dikonfirmasi dengan uji pelepasan muatan galvanostatik berikut. Pengujian sampel GCD dilakukan pada kepadatan arus yang berbeda dari 1, 1,5, 2, 3, 5, dan 8 A g⁻¹ dalam elektrolit KOH 2 M, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 6a–e. Kurva GCD nonlinier dapat dikaitkan dengan reaksi redoks [46], dan ini konsisten dengan kurva CV. Seperti yang ditunjukkan dalam kurva ini, waktu pengosongan CMO-12 secara signifikan lebih lama daripada sampel lain, menunjukkan kapasitansi spesifik yang jauh lebih tinggi dalam CMO-12. Ini dapat dikonfirmasi lebih lanjut dengan hasil perhitungan berikut. Kapasitansi spesifik CoMoO₄ elektroda dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

$$ C=\frac{I\times \Delta t}{m\times \Delta V}, $$ (5)

dimana C (F g⁻¹ ) adalah kapasitansi spesifik, I (A) adalah arus pelepasan, t (s) mengacu pada waktu pembuangan, m (g) adalah massa beban bahan aktif pada permukaan elektroda, dan V (V) adalah jendela potensial yang diterapkan [6, 8, 26]. Gambar 6f menunjukkan kapasitansi spesifik yang dihitung dari sampel pada kerapatan arus yang berbeda. Dengan peningkatan kerapatan arus, kapasitansi spesifik sampel menurun. Hal ini dapat dikaitkan dengan kontak efektif antara ion dan situs elektro-aktif elektroda. Pada rapat arus tinggi, hanya ada sebagian dari total tempat reaksi yang tersedia karena ion elektrolit mengalami difusi rendah, yang menyebabkan reaksi penyisipan tidak lengkap dan kapasitansi spesifik rendah [19, 45]. Dari Gambar 6f, kita dapat melihat bahwa CMO-12 memiliki kapasitansi spesifik tertinggi, yaitu 384, 337, 307, 269, 229, dan 172 F g⁻¹ pada kerapatan arus 1, 1,5, 2, 3, 5, dan 8 A g⁻¹ , masing-masing. Kapasitansi spesifik CMO-12 menunjukkan kemampuan laju yang baik. Selanjutnya, kapasitansi spesifik CMO-12 juga lebih tinggi dari yang dilaporkan dalam beberapa literatur sebelumnya. Seperti yang dilaporkan oleh Tian et al. [39], kapasitansi spesifik Co-Mo-O seperti jarum adalah 302 F g⁻¹ pada rapat arus 1 A g⁻¹ . Kapasitansi spesifik maksimum CoMoO₄ sekitar 133 F g⁻¹ pada 1 mA cm⁻² dalam artikel Veerasubramani [26]. Dalam Ref. [29], kapasitansi spesifik -CoMoO₄ nanoflakes/CFC yang digunakan sebagai superkapasitor simetris hanya 8,3 F g⁻¹ pada kerapatan arus 1 A g⁻¹ . Selain itu, tingkat debit yang tinggi atau kepadatan arus yang tinggi sangat penting untuk perangkat superkapasitor nyata, yang melibatkan proses pengisian-pengosongan yang cepat [43]. Pada kepadatan arus tinggi sebesar 8 A g⁻¹ , kapasitansi spesifik untuk lima sampel adalah 97, 109, 148, 172, dan 98 F g⁻¹ , masing-masing.

Kurva GCD di bawah kepadatan arus yang berbeda dari 1, 1,5, 2, 3, 5, dan 8 A g⁻¹ sampel a CMO-1, b CMO-4, c CMO-8, d CMO-12, dan e CMO-24 di jendela potensial berkisar dari 0.2 hingga + 0.58 V. f Kapasitansi spesifik sampel yang dihitung dengan hasil GCD

Stabilitas CoMoO₄ elektroda terdeteksi dalam elektrolit KOH 2 M dengan rapat arus 8 A g⁻¹ untuk 1000 siklus, yang ditunjukkan pada Gambar 7. Setelah 1000 siklus, lima sampel menunjukkan retensi masing-masing 102,9, 87,8, 101,5, 94,2, dan 100,5%. Untuk peningkatan kapasitansi spesifik selama proses pelepasan muatan siklik, dapat dianggap berasal dari aktivasi CoMoO₄ permukaan dengan waktu [6]. Itu membuat permukaan CoMoO₄ kontak penuh dengan elektrolit, yang mengarah pada peningkatan sifat elektrokimia [6, 47, 48]. Gambar 7b menunjukkan efisiensi coulombik dari CoMoO₄ sampel selama 1000 siklus charge-discharge, yang juga menunjukkan kapasitansi spesifik yang tinggi. Hasilnya menunjukkan bahwa semua sampel ini memiliki stabilitas siklus panjang yang baik. Kapasitansi yang sangat spesifik, kapasitas laju yang besar, dan stabilitas siklus panjang yang baik menunjukkan bahwa sampel CMO-12 memiliki sifat elektrokimia yang sangat baik.

a Performa bersepeda elektroda pada 8 A g⁻¹ . b Efisiensi coulombik sampel yang sesuai selama uji bersepeda

Untuk mengevaluasi lebih lanjut sifat elektrokimia CoMoO₄ elektroda, EIS dari lima sampel dicatat dalam elektrolit KOH 2 M. Gambar 8 adalah plot Nyquist dari lima sampel. Plot Nyquist mewakili respon frekuensi sistem elektroda/elektrolit [26, 49]. Spektrum EIS dapat dilengkapi dengan diagram rangkaian ekivalen, yang dimasukkan pada Gambar 8. Plot Nyquist terdiri dari setengah lingkaran pada frekuensi tinggi dan garis lurus pada frekuensi rendah. Diameter setengah lingkaran pada frekuensi tinggi menunjukkan resistansi transfer muatan antarmuka Faraday (R _ct ), dan kemiringan garis lurus pada frekuensi rendah adalah perwakilan dari resistensi Warburg yang khas (W₀ ) [41], masing-masing. CPE1 adalah elemen fase konstan, menghitung kapasitansi lapisan ganda [43]. Selain itu, resistansi seri R _s adalah resistansi internal, yang dapat diperoleh dari intersep plot pada sumbu nyata [11]. R . yang diukur _s nilainya masing-masing adalah 2,83, 2,41, 1,51, 1,22, dan 2,26 Ω untuk lima sampel. Dan R . yang pas _ct nilai kelima sampel tersebut adalah 1,69, 1,48, 0,72, 0,23, dan 1,28 Ω. Hasil EIS menunjukkan bahwa sampel CMO-12 memiliki nilai R . yang lebih rendah _s dan R _ct daripada keempat sampel lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa sampel CMO-12 memiliki konduktivitas elektronik dan ionik yang lebih tinggi dibandingkan sampel lainnya [35, 50, 51]. Selain itu, CMO-12 dengan struktur mesopori memiliki luas permukaan BET yang lebih tinggi dibandingkan sampel lainnya. Luas permukaan BET yang tinggi dan konduktivitas yang baik bermanfaat untuk reaksi redoks dalam sistem elektroda/elektrolit.

Spektrum EIS sampel diperoleh pada frekuensi mulai dari 0,01 Hz hingga 100 KHz. Inset adalah amplifikasi lokal dari spektrum EIS dan diagram rangkaian ekuivalen

Kesimpulan

Singkatnya, CoMoO₄ mikrosfer telah berhasil disintesis dengan proses pertumbuhan hidrotermal ditambah dengan perlakuan kalsinasi. Waktu sintesis hidrotermal masing-masing adalah 1, 4, 8, 12, dan 24 jam. Pola XRD menunjukkan bahwa CoMoO fase tunggal₄ struktur diperoleh. Gambar SEM menunjukkan mikrosfer terdiri dari nanoflakes. CMO-12, yang disiapkan dengan waktu hidrotermal 12 jam, telah menunjukkan kinerja superkapasitor yang sangat baik. Menurut pengujian GCD, kapasitansi spesifik CMO-12 adalah 384, 337, 307, 269, 229, dan 172 F g⁻¹ pada kepadatan arus 1, 1,5, 2, 3, 5, dan 8 A g⁻¹ , masing-masing, sementara baru mencapai 151, 182, 243, atau 186 F g⁻¹ pada kerapatan arus 1 A g⁻¹ untuk sampel lain dengan waktu hidrotermal yang berbeda. Kapasitansi penahan sampel CMO-12 setelah 1000 siklus pengisian-pengosongan pada kerapatan arus 8 A g⁻¹ menunjukkan stabilitas siklus panjang yang baik. Perilaku kapasitif yang sangat baik tersebut dapat dianggap berasal dari struktur mikrosfer dan luas permukaan BET yang tinggi, dan konduktivitas yang baik dalam elektroda CMO-12 juga membantu peningkatan perilaku kapasitif. Kapasitansi spesifik yang tinggi, kemampuan laju yang baik, dan stabilitas siklus yang sangat baik mendorong penerapan praktis CoMoO₄ bahan dalam superkapasitor.