Ultrafine beta-FeOOH and Fe3O4 obtained by precipitation method: comparative study of electrical and electrochemical properties

Л.В. Мохнацька; В.О. Коцюбинський; В.М. Бойчук; М.Л. Мохнацький; Х.В. Бандура; А.І. Качмар; М.А. Годлевська; В.В. Бачук

doi:10.15330/pcss.21.4.680-688

Автор(и)

Л.В. Мохнацька ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”
В.О. Коцюбинський ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”
В.М. Бойчук ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”
М.Л. Мохнацький ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”
Х.В. Бандура Івано-Франківський національний медичний університет
А.І. Качмар ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”
М.А. Годлевська ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”
В.В. Бачук Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.21.4.680-688

Ключові слова:

оксиди заліза, суперлінійна залежність, електродний матеріал, суперконденсатор, імпедансна спектроскопія, електропровідність, циклічна вольтамперометрія, питома ємність

Анотація

У цій роботі ультрадисперсні порошки b-FeOOH та Fe₃O₄ були отримані методом осадження. Значення питомої площі поверхні для матеріалів b-FeOOH та Fe₃O₄ становлять 101 та 135 м²/г. Частотні залежності питомої провідності отримувались в діапазоні температур 20-150 ^оС. Встановлено, що матеріали проявляють суперлінійну залежність SPL. Крім того були розраховані енергії переходу від dc до JPL та до SPL, як складають E_dc=0.55 еВ, E_p₁=0.51 eB, E_p₂=0.16 eB та E_dc=0.22 еВ, E_p₁=0.21 eB, E_p₂=0.1 eB. Потенціодинамічні дослідження були проведені при швидкості сканування від 1 мВ/с до 50 мВ/с. Електродний матеріал b-FeOOH демонструє питому ємність до 80 F/g при швидкості сканування розряду 1 мВ/с, в той час ємність матеріалу Fe₃O₄ сягає 32 F/g. Гальваностатичні вимірювання проводились для струмів розряду 0,05 А/г-0,25 А/г. Для матеріалу b-FeOOH досягається максимальна питома енергія 8 Вт/кг при значенні питомої потужності рівній 20 Вт/кг, а для матеріалу Fe₃O₄ 3,5 Вт/кг.

Посилання

B.E. Conway, Electrochemical Super capacitor and Technological Applications. (Kluwer-Plenum Press, New York, 1999).

A.J. Burke, Power Sources 91, 37 (2000) (doi.org/10.1016/S0378-7753(00)00485-7).

L.V. Mokhnatska, V.O. Kotsyubynsky, A. Hrubyak, S.V. Fedorchenko, S.І. Vorobiov, Journal of Nano-and Electronic Physics 10(3), 03029 (2018) (10.21272/jnep.10(3).03029).

X. Rao, X. Su, C. Yang, J. Wang, X. Zhen, D. Ling, Cryst. Eng. Comm. 15(36), 7250 (2013) (doi.org/10.1039/C3CE40430G).

D.N. Bakoyannakis, E.A. Deliyanni, A.I. Zouboulis, K.A. Matis, L. Nalbandian, T. Kehagias, Microporous and Mesoporous Materials 59(1), 35 (2003) (doi.org/10.1016/S1387-1811(03)00274-9).

Y.X. Chen, L.H. He, P.J. Shang, Q.L. Tang, Z.Q. Liu, H. Liu, L.P Zhou, Journal of Materials Science and Technology 27(1), 41 (2011).

H. Hosseinpour, A. Sadeghi, Morisako, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 316(2), e283 (2007) (doi.org/10.1016/j.jmmm.2007.02.119).

I.I. Popov, R.R. Nigmatullin, A.A. Khamzin, I.V. Lounev, Journal of Physics: Conference Series 394, 12 (2012) (doi: 10.1063/1.4764343).

J.R. Macdonald, Solid State Ionics 133(1-2), 79 (2000) (doi.org/10.1016/S0167-2738(00)00737-2).

J.C. Dyre, T.B. Schroder, Rev. Mod. Phys. 72(3), 873 (2000) (doi.org/10.1103/RevModPhys.72.873).

. S.K. Mandal, S. Singh, P. Dey, J.N. Roy, P.R Mandal, T.K. Nath, Philo¬sophical Magazine 97(19), 1628 (2017) (doi.org/10.1080/14786435.2017.1312021),

D.P. Singh, K. Shahi, K. Kar. Kamal, Solid State Ionics 287, 89 (2016) (doi.org/10.1016/j.ssi.2016.01.048).

A.K. Jonscher, Nature 267, 673 (1977).

J. Dieckhöfer, O. Kanert, R. Küchler, A. Volmari, Phys. Rev. B 55, 14836 (1997) (doi.org/10.1103/PhysRevB.55.14836).

P. Almond, G. K. Duncan, A. R. West, Solid State Ionics, 8, 159-164 (1983) (doi.org/10.1016/0167-2738(83)90079-6).

А. Radoń, D. Łukowiec, M. Kremzer, J. Mikuła, P. Włodarczyk, Materials 11(5), 735 (2018) (doi.org/10.3390/ma11050735).

M. Sertkol, Y. Kōseoglu, A. Baykal, J. Magn, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 322(7), 866 (2010) ( doi.org/10.1016/j.jmmm.2009.11.018).

J.P. Tiwari, K. Shahi, Philosophical Magazine 87(29), 4475 (2007) (doi.org/10.1080/14786430701551913).

R. Cheruku, G. Govindaraj, V. Lakshmi, Materials Chemistry and Physics 146(3), 389 (2014) (doi: 10.1016/j.matchemphys.2014.03.043).

S. Nowick, B. SLim, A.V. Vaysleyb, A.S. Nowick Solids 172-174(2), 1243 (1994).

D.P. Singh, K. Shahi, K. Kar. Kamal, Solid State Ionics 287, 89 (2016) (doi.org/10.1016/j.ssi.2016.01.048).

R.M. Cornell, U. Schwertmann, The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurrences, and Uses, (John Wiley & Sons, Weinheim, Germany, 2nd edition, 2003).

J.K. Leland, A.J. Bard, Journal of Physical Chemistry 91(19), 5076 (1987) (doi.org/10.1021/j100303a039).

B.B. Li, Y.Q. Liang , X.J. Yang , Z.D. Cui, S.Z. Qiao, S.L. Zhu, K. Yin, Nanoscale 7(40), 16704 (2015) (doi.org/10.1039/C5NR04666A).