Published April 25, 2017
| Version v1
Publication
Open
Hybrid Energy Storage of Ni(OH)2-coated N-doped Graphene Aerogel//N-doped Graphene Aerogel for the Replacement of NiCd and NiMH Batteries
Creators
- 1. Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology
- 2. Kasetsart University
- 3. National Nanotechnology Center
Description
Although Nickel-Cadmium (NiCd) and Nickel-metal hydride (NiMH) batteries have been widely used, their drawbacks including toxic Cd and expensive La alloy at the negative electrodes, low energy density (40-60 Wh/kg for NiCd and 140-300 Wh/L for NiMH), low power density (150 W/kg for NiCd and 1000 W/kg for NiMH), and low working potential (1.2 V) limit their applications. In this work, Cd and La alloy were replaced with N-doped reduced graphene oxide aerogel (N-rGOae) providing a hybrid energy storage (HES) having the battery and supercapacitor effects. The HES of Ni(OH)2-coated N-rGOae//N-rGOae provides 1.5 V, a specific energy of 146 Wh/kg, a maximum specific power of 7705 W/kg, and high capacity retention over 84.6% after 5000 cycles. The mass change at the positive electrode during charging/discharging is 8.5 µg cm-2 owing to the insertion/desertion of solvated OH- into the α-Ni(OH)2-coated N-rGOae. At the negative electrode, the mass change of the solvated K+, physically adsorbed/desorbed to the N-rGOae, is 7.5 μg cm-2. In situ X-ray absorption spectroscopy (XAS) shows highly reversible redox reaction of α-Ni(OH)2. The as-fabricated device without using toxic Cd and expensive La alloy has a potential as a candidate of NiCd and NiMH.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
على الرغم من استخدام بطاريات النيكل والكادميوم (NiCd) وهيدريد النيكل المعدني (NiMH) على نطاق واسع، إلا أن عيوبها بما في ذلك الكادميوم السام وسبائك لا باهظة الثمن في الأقطاب الكهربائية السالبة، وانخفاض كثافة الطاقة (40-60 واط/كجم لـ NiCd و 140-300 واط/لتر لـ NiMH)، وانخفاض كثافة الطاقة (150 واط/كجم لـ NiCd و 1000 واط/كجم لـ NiMH)، وانخفاض إمكانات العمل (1.2 فولت) تحد من تطبيقاتها. في هذا العمل، تم استبدال سبائك Cd و La بـ N - doped reduced graphene oxide aerogel (N - rGOae) مما يوفر تخزين طاقة هجين (HES) له تأثيرات البطارية والمكثفات الفائقة. يوفر HES of Ni(OH) 2 - coated N - rGOae // N - rGOae 1.5 فولت، وطاقة محددة تبلغ 146 واط/كجم، وقوة محددة قصوى تبلغ 7705 واط/كجم، والاحتفاظ بسعة عالية تزيد عن 84.6 ٪ بعد 5000 دورة. التغير الكتلي في القطب الموجب أثناء الشحن/التفريغ هو 8.5 ميكروغرام سم -2 بسبب إدخال/هجر OH المذاب في N - Ni (OH) 2 - rGOae المغلفة. عند القطب السالب، يكون التغير الكتلي لـ K+ المذاب، الممتز/الممتز فعليًا إلى N - rGOae، 7.5 ميكروغرام سم -2. يُظهر التحليل الطيفي لامتصاص الأشعة السينية في الموقع (XAS) تفاعل أكسدة اختزالية قابل للعكس للغاية لـ α - Ni (OH)2. الجهاز المصنوع بدون استخدام القرص المضغوط السام وسبائك La باهظة الثمن لديه إمكانية كمرشح لـ NiCd و NiMH.Translated Description (French)
Bien que les batteries nickel-cadmium (NiCd) et nickel-hydrure métallique (NiMH) aient été largement utilisées, leurs inconvénients, notamment le Cd toxique et l'alliage La coûteux aux électrodes négatives, la faible densité d'énergie (40-60 Wh/kg pour le NiCd et 140-300 Wh/L pour le NiMH), la faible densité de puissance (150 W/kg pour le NiCd et 1000 W/kg pour le NiMH) et le faible potentiel de fonctionnement (1,2 V) limitent leurs applications. Dans ce travail, le Cd et l'alliage La ont été remplacés par un aérogel d'oxyde de graphène réduit dopé N (N-rGOae) fournissant un stockage d'énergie hybride (HES) ayant les effets de batterie et de supercondensateur. Le HES de Ni(OH) 2 enrobé N-rGOae//N-rGOae fournit 1,5 V, une énergie spécifique de 146 Wh/kg, une puissance spécifique maximale de 7705 W/kg et une rétention de haute capacité supérieure à 84,6 % après 5000 cycles. Le changement de masse à l'électrode positive pendant la charge/décharge est de 8,5 µg cm-2 en raison de l'insertion/désertion d'OH- solvaté dans les N-rGOae revêtus de α-Ni(OH) 2. À l'électrode négative, le changement de masse du K+ solvaté, physiquement adsorbé/désorbé aux N-rGOae, est de 7,5 μg cm-2. La spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS) in situ montre une réaction redox hautement réversible de l'α-Ni(OH)2. Le dispositif tel que fabriqué sans utiliser de Cd toxique et d'alliage La coûteux a un potentiel en tant que candidat de NiCd et NiMH.Translated Description (Spanish)
Aunque las baterías de níquel-cadmio (NiCd) y de níquel-hidruro metálico (NiMH) se han utilizado ampliamente, sus inconvenientes incluyen el Cd tóxico y la costosa aleación de La en los electrodos negativos, la baja densidad de energía (40-60 Wh/kg para NiCd y 140-300 Wh/L para NiMH), la baja densidad de potencia (150 W/kg para NiCd y 1000 W/kg para NiMH) y el bajo potencial de trabajo (1,2 V) limitan sus aplicaciones. En este trabajo, la aleación de Cd y La se reemplazó con aerogel de óxido de grafeno reducido dopado con N (N-rGOae) que proporciona un almacenamiento de energía híbrido (HES) que tiene los efectos de batería y supercondensador. El HES de N-rGOae recubierto de Ni(OH) 2-//N-rGOae proporciona 1,5 V, una energía específica de 146 Wh/kg, una potencia específica máxima de 7705 W/kg y una retención de alta capacidad de más del 84,6% después de 5000 ciclos. El cambio de masa en el electrodo positivo durante la carga/descarga es de 8,5 µg cm-2 debido a la inserción/deserción de OH- solvatado en las N-rGOae recubiertas con α-Ni (OH) 2-. En el electrodo negativo, el cambio de masa del K+ solvatado, físicamente adsorbido/desorbido a las N-rGOae, es de 7.5 μg cm-2. La espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) in situ muestra una reacción redox altamente reversible deα-Ni (OH)2. El dispositivo fabricado sin usar Cd tóxico y la costosa aleación de La tiene un potencial como candidato de NiCd y NiMH.Files
s41598-017-01191-8.pdf.pdf
Files
(3.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:646d3da2458c73b85a27ea33b7bc5b50
|
3.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تخزين الطاقة الهجين لـ Ni(OH) 2 - coated N - doped Graphene Aergel // N - doped Graphene Aergel لاستبدال بطاريات NiCd و NiMH
- Translated title (French)
- Stockage d'énergie hybride d'aérogel de graphène dopé N revêtu de Ni(OH) 2//aérogel de graphène dopé N pour le remplacement des batteries NiCd et NiMH
- Translated title (Spanish)
- Almacenamiento de energía híbrido de aerogel de grafeno N-dopado recubierto de Ni(OH)2//Aerogel de grafeno N-dopado para el reemplazo de baterías de NiCd y NiMH
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2606115305
- DOI
- 10.1038/s41598-017-01191-8
References
- https://openalex.org/W1170750826
- https://openalex.org/W1867735714
- https://openalex.org/W1874505208
- https://openalex.org/W1963847049
- https://openalex.org/W1984547522
- https://openalex.org/W1986606156
- https://openalex.org/W1987014824
- https://openalex.org/W1996375264
- https://openalex.org/W2008052024
- https://openalex.org/W2010739457
- https://openalex.org/W2010848976
- https://openalex.org/W2011452759
- https://openalex.org/W2017393564
- https://openalex.org/W2030125578
- https://openalex.org/W2032295432
- https://openalex.org/W2040467794
- https://openalex.org/W2053219565
- https://openalex.org/W2055125499
- https://openalex.org/W2059838064
- https://openalex.org/W2060674442
- https://openalex.org/W2067404165
- https://openalex.org/W2070258945
- https://openalex.org/W2075653469
- https://openalex.org/W2089083068
- https://openalex.org/W2100263247
- https://openalex.org/W2111503429
- https://openalex.org/W2119663224
- https://openalex.org/W2136728798
- https://openalex.org/W2138891500
- https://openalex.org/W2143983498
- https://openalex.org/W2149053345
- https://openalex.org/W2156962388
- https://openalex.org/W2197907546
- https://openalex.org/W2279132539
- https://openalex.org/W2332627087
- https://openalex.org/W2464024556
- https://openalex.org/W2502830984
- https://openalex.org/W2517813800
- https://openalex.org/W2560031443
- https://openalex.org/W3103690504
- https://openalex.org/W4233194460
- https://openalex.org/W591187940