Desarrollo de electrodos a partir de óxidos mixtos de V y Co para supercapacitores

Abstract

Los óxidos bimetálicos han atraído una atención significativa como materiales de electrodos para supercapacitores debido a sus procesos redox altamente reversibles, que comúnmente se asocian con su química superficial y características morfológicas. En este trabajo, se sintetizaron óxidos bimetálicos con diferentes composiciones molares de Co y V, denominados Co0,54V0,46; Co0,6V0,4; Co0,65V0,35 y Co0,7V0,3, mediante el método solvotérmico modificado utilizando glicerol como agente estabilizante. Las caracterizaciones electroquímicas se midieron en una celda de tres electrodos. Se estudió la influencia de la composición de los óxidos de CoV sobre las propiedades pseudocapacitivas mediante el análisis del mecanismo de almacenamiento de energía siguiendo la ley de potencias y la metodología de Dunn, para obtener los valores de b. Se observó que los óxidos de CoV sintetizados eran pequeñas partículas de conglomerado con una morfología indefinida y una estructura cristalina correspondiente a Co3V2O8 con pequeños cambios debido a la distorsión de la red cristalina, como lo evidenciaron las caracterizaciones TEM y XRD. Estos resultados indicaron que los óxidos bimetálicos con composición molar de Co0,54V0,46; Co0,6V0,4; Co0,65V0,35 y Co0,7V0,3 presentaron valores de b de 1; 0,91; 0,73 y 0,82 respectivamente. Las contribuciones de las corrientes capacitivas de los óxidos Co0,6V0,4; Co0,65V0,35 y Co0,7V0,3 fueron de 68, 63, y el 66 % respectivamente, analizadas a una velocidad de barrido de 1 mVs-1, respectivamente. Además, el óxido de Co0,7V0,3 mostró una capacitancia específica de 299 F g-1 a una densidad de corriente de 0.5 A g-1 usando 1 mol L-1 de KOH, y una alta retención de capacitancia de 81% a una densidad de corriente de 0,5 - 6 A g-1. El mejor desempeño electroquímico de esta muestra se atribuye al efecto sinérgico de los átomos de Co y V, ya que una cantidad mínima de átomos de V puede distorsionar la red cristalina y mejorar la difusión del electrolito.

Bimetallic oxides have attracted significant attention as electrode materials for supercapacitor due to their highly reversible redox processes, which are commonly associated with their surface chemistry and morphological characteristics. In this work, bimetallic oxides with different molar compositions of Co and V denoted Co0,54V0,46, Co0,6V0,4; Co0,65V0,35 and Co0,7V0,3 were synthesized by the modified solvothermal method using glycerol as stabilizing agent. The electrochemical characterizations were measured in a three-electrode cell. The influence of the composition of the CoV oxides on the pseudocapacitive properties was studied by analyzing the energy storage mechanism following the power law and Dunn's methodology, to obtain the b values. The synthesized CoV oxides were observed to be small conglomerate particles with an undefined morphology and crystal structure corresponding to Co3V2O8 with small shifts due to crystal lattice distortion as was evidenced by TEM and XRD characterizations. These results indicated that the bimetallic oxides with molar composition of Co0,54V0,46, Co0,6V0,4; Co0,65V0,35 and Co0,7V0,3 presented b values of 1; 0,91; 0,73 and 0,82 respectively. The contributions of the capacitive currents of the oxides Co0,6V0,4; Co0,65V0,35 and Co0,7V0,3 were 68, 63, and 66%, respectively, analyzed at a scan rate of 1 mVs-1, respectively. In addition, the Co0,7V0,3 oxide showed a specific capacitance of 299 F g-1 at a current density of 0,5 A g-1 using 1 mol L-1 KOH, and a high capacitance

retention of 81% at a current density of 0.5 - 6 A g-1. The better electrochemical performance of this sample is attributed to the synergistic effect of Co and V atoms, since a minimal amount of V atoms can distort the crystal lattice and improve electrolyte diffusion.