Synthesis and Application of Cobalt Oxide and Activated Carbon Nanocomposites for High-Performance Supercapacitors

Abstract

Nowadays, it is important to develop advanced electrode materials as well as design superior electrode architectures to promote device performance. Herein, the researcher reports a cost-effective and facile method to prepare activated carbon (AC) and cobalt oxide (Co3O4) nanocomposite (AC/Co3O4) with high dispersion of Co3O4 at different weight percentages (wt%) using a solid-state reaction as electrode to produce supercapacitors high-performance. The AC composite mixture with 30 wt% (weight %) Co3O4-modified electrode was found to exhibit a maximum specific capacitance of 435.72 F/g at a current density of 1 A g1 in 6 M KOH electrolyte and an outstanding capacitance conservation of 98% after 5000 galvanostatic charge/discharge cycling. Moreover, the AC/Co3O4 30wt% symmetric supercapacitor can deliver an energy density of 4.75 Wh/kg and a power density of 487.06 W/kg at a current density of 1 A/g. This work has demonstrated that the AC/Co3O4 30wt% nanocomposite materials could be used as a promising electrode material for next generation in electrochemical and energy storage applications.

ปัจจุบัน การพัฒนาและออกแบบแนวทางการปรับปรุงวัสดุขั้วไฟฟ้าเพื่อส่งเสริมให้มีประสิทธิภาพที่ดีนั้นถือเป็นสิ่งสำคัญ ในงานวิจัยนี้ ผู้วิจัยได้รายงานวิธีที่ประหยัดและคุ้มค่าสำหรับการสังเคราะห์วัสดุนาโนเชิงประกอบโคบอลต์ออกไซด์และถ่านกัมมันต์ (AC/Co3O4) ที่มีการกระจายตัวสูงของอนุภาคนาโน Co3O4 ที่มีสัดส่วนร้อยละโดยน้ำหนักที่ต่างกัน (wt%) ด้วยวิธีปฏิกิริยาสถานะของของแข็ง เพื่อประยุกต์ใช้เป็นวัสดุขั้วไฟฟ้าสำหรับตัวเก็บประจุยิ่งยวดสมรรถนะสูง พบว่า วัสดุนาโนเชิงประกอบ AC/Co3O4 30wt% แสดงให้เห็นค่าความจุจำเพาะสูงสุดที่ 435.72 F/g ที่ความหนาแน่นกระแส 1 A/g ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ KOH ความเข้มข้น 6 M และมีความทนทานในการรักษาเสถียรภาพความจุที่โดดเด่นสูงถึง 98% หลังจากผ่านการใช้งานการอัดและคายประจุ 5000 รอบ ยิ่งไปกว่านั้นวัสดุนาโนเชิงประกอบ AC/Co3O4 30wt% ในระบบตัวเก็บประจุยิ่งยวดแบบสมมาตรสามารถแสดงให้เห็นถึงค่าความหนาแน่นกำลังและความหนาแน่นพลังงานสูงถึง 4.75 Wh/kg และ 487.06 W/kg ที่ความหนาแน่นกระแส 1 A/g ตามลำดับ ผลงานวิจัยนี้ได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุนาโนเชิงประกอบ AC/Co3O4 30wt% สามารถใช้เป็นวัสดุขั้วไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าสูงสำหรับอุปกรณ์กักเก็บพลังงานในอนาคต