Published April 8, 2024
| Version v1
Publication
Open
Synthesis and characterization of magnesium ferrite-activated carbon composites derived from orange peels for enhanced supercapacitor performance
Creators
- 1. Delta University for Science and Technology
- 2. Islamic University of Madinah
- 3. Saba University
- 4. Higher Institute of Engineering
Description
Supercapacitors have emerged as highly efficient energy storage devices, relying on electrochemical processes. The performance of these devices can be influenced by several factors, with key considerations including the selection of electrode materials and the type of electrolyte utilized. Transition metal oxide electrodes are commonly used in supercapacitors, as they greatly influence the electrochemical performance of these devices. Nonetheless, ferrites' low energy density poses a limitation. Hence, it is crucial to create electrode materials featuring unique and distinct structures, while also exploring the ideal electrolyte types, to enhance the electrochemical performance of supercapacitors incorporating magnesium ferrites (MF). In this study, we effectively prepared magnesium ferrites (MgFe2O4) supported on activated carbon (AC) derived from orange peels (OP) using a simple hydrothermal method. The resulting blends underwent comprehensive characterization employing various methods, including FTIR, XRD, TEM, SEM, EDX, and mapping analysis. Moreover, the electrochemical performance of MgFe2O4@AC composites was evaluated using GCD and CV techniques. Remarkably, the MF45-AC electrode material showed exceptional electrochemical behavior, demonstrating a specific capacitance of 870 F·g-1 within current density of 1.0 A g-1 and potential windows spanning from 0 to 0.5 V. Additionally, the prepared electrodes displayed exceptional cycling stability, with AC, MF, and MF45-AC retaining 89.6%, 94.2%, and 95.1% of their initial specific capacitance, respectively, even after 5000 cycles. These findings underscore the potential of MF-AC composites as superior electrode materials for supercapacitors. The development of such composites, combined with tailored electrolyte concentrations, holds significant promise for advancing the electrochemical performance and energy density of supercapacitor devices.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
برزت المكثفات الفائقة كأجهزة تخزين طاقة عالية الكفاءة، تعتمد على العمليات الكهروكيميائية. يمكن أن يتأثر أداء هذه الأجهزة بعدة عوامل، مع اعتبارات رئيسية بما في ذلك اختيار مواد الإلكترود ونوع الإلكتروليت المستخدم. تُستخدم أقطاب أكسيد المعدن الانتقالي بشكل شائع في المكثفات الفائقة، لأنها تؤثر بشكل كبير على الأداء الكهروكيميائي لهذه الأجهزة. ومع ذلك، فإن كثافة الطاقة المنخفضة للفريتات تفرض قيودًا. وبالتالي، من الأهمية بمكان إنشاء مواد قطب كهربائي تتميز بهياكل فريدة ومتميزة، مع استكشاف أنواع الإلكتروليت المثالية أيضًا، لتعزيز الأداء الكهروكيميائي للمكثفات الفائقة التي تتضمن حديد المغنيسيوم (MF). في هذه الدراسة، أعددنا بشكل فعال حديد المغنيسيوم (MgFe2O4) المدعوم بالكربون المنشط (AC) المشتق من قشور البرتقال (OP) باستخدام طريقة حرارية مائية بسيطة. خضعت الخلطات الناتجة لتوصيف شامل باستخدام طرق مختلفة، بما في ذلك FTIR و XRD و TEM و SEM و EDX وتحليل الخرائط. علاوة على ذلك، تم تقييم الأداء الكهروكيميائي لمركبات MgFe2O4 @AC باستخدام تقنيات GCD و CV. من اللافت للنظر أن مادة القطب الكهربائي MF45 - AC أظهرت سلوكًا كهروكيميائيًا استثنائيًا، مما يدل على سعة محددة تبلغ 870 درجة فهرنهايت- جم -1 ضمن كثافة التيار 1.0 أمبير- جم-1 والنوافذ المحتملة التي تمتد من 0 إلى 0.5 فولت. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الأقطاب الكهربائية المحضرة استقرارًا استثنائيًا في ركوب الدراجات، مع احتفاظ AC و MF و MF45 - AC بنسبة 89.6 ٪ و 94.2 ٪ و 95.1 ٪ من السعة النوعية الأولية، على التوالي، حتى بعد 5000 دورة. تؤكد هذه النتائج على إمكانات مركبات MF - AC كمواد إلكترود متفوقة للمكثفات الفائقة. إن تطوير مثل هذه المركبات، جنبًا إلى جنب مع تركيزات الإلكتروليت المصممة خصيصًا، يحمل وعدًا كبيرًا لتعزيز الأداء الكهروكيميائي وكثافة الطاقة لأجهزة المكثفات الفائقة.Translated Description (French)
Les supercondensateurs sont devenus des dispositifs de stockage d'énergie très efficaces, reposant sur des processus électrochimiques. La performance de ces dispositifs peut être influencée par plusieurs facteurs, notamment la sélection des matériaux d'électrode et le type d'électrolyte utilisé. Les électrodes en oxyde de métal de transition sont couramment utilisées dans les supercondensateurs, car elles influencent considérablement les performances électrochimiques de ces dispositifs. Néanmoins, la faible densité énergétique des ferrites pose une limitation. Par conséquent, il est crucial de créer des matériaux d'électrode présentant des structures uniques et distinctes, tout en explorant les types d'électrolytes idéaux, pour améliorer les performances électrochimiques des supercondensateurs incorporant des ferrites de magnésium (MF). Dans cette étude, nous avons efficacement préparé des ferrites de magnésium (MgFe2O4) supportées par du charbon actif (CA) dérivé d'écorces d'orange (OP) en utilisant une méthode hydrothermale simple. Les mélanges résultants ont subi une caractérisation complète à l'aide de diverses méthodes, notamment FTIR, XRD, TEM, SEM, EDX et analyse cartographique. De plus, la performance électrochimique des composites MgFe2O4@AC a été évaluée en utilisant les techniques GCD et CV. Remarquablement, le matériau d'électrode MF45-AC a montré un comportement électrochimique exceptionnel, démontrant une capacité spécifique de 870 F·g-1 dans une densité de courant de 1,0 A g-1 et des fenêtres de potentiel s'étendant de 0 à 0,5 V. De plus, les électrodes préparées ont montré une stabilité de cycle exceptionnelle, avec AC, MF et MF45-AC conservant 89,6%, 94,2% et 95,1% de leur capacité spécifique initiale, respectivement, même après 5000 cycles. Ces résultats soulignent le potentiel des composites MF-AC en tant que matériaux d'électrode supérieurs pour les supercondensateurs. Le développement de tels composites, combiné à des concentrations d'électrolytes sur mesure, est très prometteur pour faire progresser les performances électrochimiques et la densité d'énergie des dispositifs à supercondensateur.Translated Description (Spanish)
Los supercondensadores han surgido como dispositivos de almacenamiento de energía altamente eficientes, que dependen de procesos electroquímicos. El rendimiento de estos dispositivos puede verse influenciado por varios factores, con consideraciones clave que incluyen la selección de los materiales de los electrodos y el tipo de electrolito utilizado. Los electrodos de óxido de metal de transición se usan comúnmente en supercondensadores, ya que influyen en gran medida en el rendimiento electroquímico de estos dispositivos. Sin embargo, la baja densidad de energía de las ferritas plantea una limitación. Por lo tanto, es crucial crear materiales de electrodos con estructuras únicas y distintas, al tiempo que se exploran los tipos de electrolitos ideales, para mejorar el rendimiento electroquímico de los supercondensadores que incorporan ferritas de magnesio (MF). En este estudio, preparamos de manera efectiva ferritas de magnesio (MgFe2O4) apoyadas en carbón activado (AC) derivado de cáscaras de naranja (OP) utilizando un método hidrotérmico simple. Las mezclas resultantes se sometieron a una caracterización exhaustiva empleando varios métodos, incluidos FTIR, XRD, TEM, SEM, edX y análisis de mapeo. Además, el rendimiento electroquímico de los compuestos de MgFe2O4@AC se evaluó utilizando técnicas GCD y CV. Sorprendentemente, el material del electrodo MF45-AC mostró un comportamiento electroquímico excepcional, demostrando una capacitancia específica de 870 F·g-1 dentro de una densidad de corriente de 1.0 A g-1 y ventanas de potencial que abarcan de 0 a 0.5 V. Además, los electrodos preparados mostraron una estabilidad de ciclo excepcional, con AC, MF y MF45-AC reteniendo 89.6%, 94.2% y 95.1% de su capacitancia específica inicial, respectivamente, incluso después de 5000 ciclos. Estos hallazgos subrayan el potencial de los compuestos MF-AC como materiales de electrodo superiores para supercondensadores. El desarrollo de tales compuestos, combinado con concentraciones de electrolitos adaptadas, es una promesa significativa para avanzar en el rendimiento electroquímico y la densidad de energía de los dispositivos supercondensadores.Files
s41598-024-54942-9.pdf.pdf
Files
(5.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:fa6b19df03f27d453a3745b15e17d279
|
5.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- توليف وتوصيف مركبات الكربون المنشط بفريت المغنيسيوم المشتقة من قشور البرتقال لتحسين أداء المكثفات الفائقة
- Translated title (French)
- Synthèse et caractérisation de composites de carbone activés par la ferrite de magnésium dérivés des écorces d'orange pour des performances améliorées du supercondensateur
- Translated title (Spanish)
- Síntesis y caracterización de compuestos de carbono activado por ferrita de magnesio derivados de cáscaras de naranja para mejorar el rendimiento del supercondensador
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4394579522
- DOI
- 10.1038/s41598-024-54942-9
References
- https://openalex.org/W1965262359
- https://openalex.org/W1977410312
- https://openalex.org/W1977707787
- https://openalex.org/W1996317583
- https://openalex.org/W2000320449
- https://openalex.org/W2001113652
- https://openalex.org/W2012513954
- https://openalex.org/W2013170966
- https://openalex.org/W2020321358
- https://openalex.org/W2024440947
- https://openalex.org/W2024690639
- https://openalex.org/W2026922945
- https://openalex.org/W2072283233
- https://openalex.org/W2084245557
- https://openalex.org/W2094555803
- https://openalex.org/W2179645426
- https://openalex.org/W2217663872
- https://openalex.org/W2258661450
- https://openalex.org/W2523106213
- https://openalex.org/W2548256354
- https://openalex.org/W2566801419
- https://openalex.org/W2604059053
- https://openalex.org/W2605738817
- https://openalex.org/W2730134895
- https://openalex.org/W2747489057
- https://openalex.org/W2760294292
- https://openalex.org/W2768006369
- https://openalex.org/W2769261814
- https://openalex.org/W2774560813
- https://openalex.org/W2799283735
- https://openalex.org/W2800201013
- https://openalex.org/W2803991124
- https://openalex.org/W2805755779
- https://openalex.org/W2895201446
- https://openalex.org/W2931811201
- https://openalex.org/W2938151478
- https://openalex.org/W2945193448
- https://openalex.org/W2969740986
- https://openalex.org/W2979277239
- https://openalex.org/W3014970311
- https://openalex.org/W3015483044
- https://openalex.org/W3104701115
- https://openalex.org/W3122203987
- https://openalex.org/W3132649935
- https://openalex.org/W3167542466
- https://openalex.org/W3175385490
- https://openalex.org/W3178336594
- https://openalex.org/W3185206785
- https://openalex.org/W3197577217
- https://openalex.org/W3197765846
- https://openalex.org/W3203908247
- https://openalex.org/W3205696165
- https://openalex.org/W4221018947
- https://openalex.org/W4224315865
- https://openalex.org/W4224937271
- https://openalex.org/W4225130345
- https://openalex.org/W4229335701
- https://openalex.org/W4243120573
- https://openalex.org/W4280626038
- https://openalex.org/W4281298812
- https://openalex.org/W4281652305
- https://openalex.org/W4282974818
- https://openalex.org/W4283385983
- https://openalex.org/W4285082032
- https://openalex.org/W4288757701
- https://openalex.org/W4295129555
- https://openalex.org/W4312391883
- https://openalex.org/W4318997261
- https://openalex.org/W4320040985
- https://openalex.org/W4320523639
- https://openalex.org/W4323569173
- https://openalex.org/W4323668899
- https://openalex.org/W4353029259
- https://openalex.org/W4366609901
- https://openalex.org/W4378639322
- https://openalex.org/W4380986765
- https://openalex.org/W4382141059
- https://openalex.org/W4382450197
- https://openalex.org/W4387849379
- https://openalex.org/W4390443931
- https://openalex.org/W4390600656
- https://openalex.org/W4390909108