Fabrication and Characterization of Ni-based Electrodes for Improved NiZn Battery Performance

Abstract

Bu çalışmada, nikel-çinko (NiZn) bataryasında nikel elektrot olarak kullanılmak üzere aktif malzeme olan nikel hidroksit (Ni(OH)2) tozlarını sentezlemek için hidrotermal yöntem kullanılmıştır. Hazırlanan Ni elektrotlardaki katot malzemesini karakterize etmek için X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), zeta potansiyeli, Brunauer-Emmett-Teller (BET) ve elektrokimyasal performans testleri kullanılmıştır. Sonuçlar, kristal yapıya sahip β-fazlı nano boyutta küresel Ni(OH)2 partiküllerin sentezlendiğini göstermiştir. Elektrokimyasal test sonuçları ise Ni elektrodun yarı hücrede kararlı bir çevrim döngüsüne sahip olduğunu göstermiştir. Elektrokimyasal performans sonuçlarına göre, sentez sıcaklığı 70oC olan ve sentez sonrası 3 saat boyunca bekletildikten sonra elde edilen Ni(OH)2 tozları ile hazırlanan Ni elektrot (Ni_pH12_3h_70oC) en iyi performans gösteren metal hidroksit olmuştur. Nikel elektrotlar birbiriyle karşılaştırıldığında, NiCoZn elektrot yüksek OER (oksijen evrim reaksiyonu) ve ORR (oksijen indirgeme reaksiyonu) aktiviteleri sergilemiştir, çünkü kobalt ve çinko oksitlerin nikel ile kombinasyonu mükemmel elektrolit erişim kabiliyeti ve aktif malzeme boyunca etkili iyon transferi sağlamaktadır. NiZn batarya içerisinde kullanılan NiCoZn elektrotu 10 mA cm-2 akım yoğunluğunda 192,7 mAh gaktif-1 değere ulaşarak yüksek bir kapasite ve kararlı bir çevrim döngüsü (10 mA cm-2'de 70 çevrim döngüsü sonucunda) sergilemiştir. NiCoZn elektrodu Ni, Co ve Zn arasındaki mükemmel etkileşmi ile, yüksek başlangıç potansiyeli ve akım yoğunluğu sergilemiş; bu da NiCoZn elektrotun NiZn bataryalardaki Ni-tabanlı elektrotlar için yüksek performanslı bir konfigürasyon olarak umut verici bir aday olduğunu göstermiştir.