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Enregistrement W3132286609 · doi:10.13140/rg.2.2.29387.62243

Carbon-nanofiber electrodes directly grown on a nickel foam current collector for electrochemical energy storage devices

2020· article· en· W3132286609 sur OpenAlexfundno aff
Deepak Sridhar

Notice bibliographique

RevueeScholarship@McGill (McGill) · 2020
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiqueSupercapacitor Materials and Fabrication
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaConsejo Nacional de Ciencia y TecnologíaMcGill University
Mots-clésElectrodeNickelCurrent (fluid)Materials scienceEnergy storageCurrent collectorCarbon nanofiberElectrochemistryNanotechnologyCarbon nanotubeChemistryMetallurgyElectrical engineeringElectrolyteEngineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Supercapacitors are gaining interest in the energy storage sector and are working their way to replace batteries or to provide a high-power supplement to the battery energy. Despite their high-power density and long cycle life, their energy density is low presently. Even with the use of high surface area materials like graphene, activated carbon, and metal oxides, there has not been a considerable increase in the energy density, mostly due to the electrode preparation methods. This thesis has focused on preparing carbon nano fibers (CNF) that are directly grown on nickel foam current collectors, resulting in electrodes that are not only mechanically stable but also have an extended micro-porous structure on the macro-porous nickel foam. This leads to a electrochemical active surface area ca. 400 m2/g and thus provides a good architecture for enhanced performance of surface-limited electrochemical reactions. The electrode production process does not require an additional catalyst coating step, like other processes for production of carbon nano tubes (CNT) and CNF. Also, the CNF growth process yielding the dense CNF forest is performed at a very low temperature of 400 oC when compared to typical CNT growth processes. This largely simplifies fabrication of the overall structure.The unique structure of the CNF with diameter ca. 50 nm on nickel foam was amalgamated with hydrous ruthenium oxide to achieve higher specific energy and power. Ruthenium oxide was coated on the directly grown CNF on nickel foam using a thermal decomposition technique. The underlying enhanced surface area allowed the coated ruthenium oxide to have a higher surface area, which in turn resulted in large pseudocapacitance. It was also observed that the preparation temperature greatly affected the capacitance.iiiThe prepared materials were characterized using a Scanning electron microscope (SEM), X-ray photon spectroscopy (XPS) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) to investigate the surface morphology and elemental composition. A thorough electrochemical characterization using cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and electrochemical impedance spectroscopy was done to investigate the material performance as a supercapacitor electrode.The as-grown CNF on nickel foam showed steady retention of capacitance of ca. 140 ± 7 mF/cm2 even when current density increased from 3 to 20 mA/cm2. This is unique to this material as for most electrodes, capacitance significantly drops with increasing current. These electrodes also showed a 100 % retention in capacitance even after 10000 cycles at 10 mA/cm2.For the hydrous ruthenium oxide coated electrodes, a capacitance of 822 ± 4 mF/cm2 at a current density 20 mA/cm2 was achieved, which makes them among the best-performing electrodes reported in the literature. These electrodes also exhibited excellent cycle life with 94 % initial capacitance retention after 5000 charge-discharge cycles. A unique capacitance trend with oxide formation temperature was observed for the ruthenium oxide-CNF electrodes when compared to the trend for ruthenium oxide alone.Overall, this PhD project clearly shows that the hierarchical structures of CNF directly grown on nickel foam provide excellent electrode materials for high specific power supercapacitors, and it also acts as a good support material to form metal-oxide coating to yield high supercapacitor performance metrics. The overall electrochemical behavior of these materials also makes them an ideal candidate for other applications which require high surface area, like hydrogen production

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,007

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,022
Tête enseignante GPT0,233
Écart entre enseignants0,211 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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