Herstellung und Zusammenbau von Zinkoxid/Kohlenstoff-Nanokompositen in hierarchischen Strukturen für Superkondensator-Elektroden durch elektrische Feld-unterstützte Laserablation

Eine der großen Herausforderungen im Bereich der Verbesserung der Leistung von elektrochemischen Energiespeichergeräten ist die Entwicklung geeigneter synthetischer Materialien für Elektroden, die sowohl hohe Leistungs- als auch hohe Energiedichtemerkmale in Kombination mit ihrer langfristigen Stabilität bieten können. Hier haben wir einen neuartigen zweistufigen Ansatz entwickelt, der auf der DC-Glühniederschlags-Plasma-Vorbehandlung eines Kohlenstofftuchsubstrats basiert, gefolgt von einer elektrischen Feld-unterstützten Laserablation für die Synthese von ZnO/C-Nanokompositen in einer Flüssigkeit und deren gleichzeitiger Zusammenbau in hierarchisch organisierten Nanostrukturen auf dem vorbearbeiteten Kohlenstofftuch zur Herstellung einer Superkondensator-Elektrode. Um solche Nanostrukturen zu bilden, wurde ein bearbeitetes Kohlenstofftuch während der Laserablation von Zink in Wasser als Kathode in den elektrischen Kreis einbezogen, während ein Zinkziel als Anode diente. Eine Reihe von Studien wurde durchgeführt, um die Struktur, Morphologie, Zusammensetzung und elektrochemischen Eigenschaften der synthetisierten ZnO/C-Nanokomposite zu untersuchen. Die Anwendung des externen Feldes bot zusätzliche Möglichkeiten zur Anpassung der Partikelmorphologie. Die Parameter der erhaltenen Nanostrukturen erwiesen sich als abhängig von der Richtung des angelegten elektrischen Feldes und der Flüssigkeitszusammensetzung. SEM-Studien zeigten eine nanoblumenartige Morphologie des hergestellten Nanomaterials, das aufgrund einer großen Oberfläche Potenzial für Superkondensatoranwendungen hat. Die ZnO/C-Nanoblumen, die auf einem Kohlenstofftuchsubstrat abgelagert wurden, wurden durch zyklische Voltammetrie (CV) und galvanostatische Lade-/Entladeanalyse (GCD) auf ihre Energiespeicherung getestet. Die Ergebnisse zeigten ein Pseudokapazitorverhalten mit einer maximalen spezifischen Kapazität von etwa 3045 F g-1 (bei einer Scangeschwindigkeit von 1 mV s-1). Diese Ergebnisse zeigen eine vielversprechende Speichereffizienz des synthetisierten ZnO/C-Nanokomposits als Material für Superkondensatoren.