Skip to main content
Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 15/2020

17.06.2020

Facile synthesis and electrochemical study of a ternary hybrid PANI/GNP/MnO2 as supercapacitor electrode material

verfasst von: Khadija Tul Kubra, Atif Javaid, Rehana Sharif, Ghulam Ali, Fauzia Iqbal, Ayesha Salman, Fozia Shaheen, Annam Butt, Faiza Jan Iftikhar

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 15/2020

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

High-performance electrode materials are required to fulfill the escalating urge of energy storage and the realization of supercapacitors as cutting-edge energy storage devices. This research work presents a facile synthesis of a ternary hybrid material PANI/GNP/MnO2 using graphene nanoplatelets (GNP), MnO2 nanowires, and aniline monomer through polymerization for its utility in supercapacitor application. XRD analysis confirms the presence of the individual crystal structures and phases of the constituents and their mutual contribution in a ternary hybrid material. FE-SEM results reveal that PANI nanofibers and MnO2 nanowires are decorated on the dispersed GNP. N2 sorption analysis manifests the mesoporous nature of the prepared hybrid. PANI/GNP/MnO2-based electrode owns 992.6 F/g specific capacitance and 34.5 Wh/kg energy density as well as 51.16% coulombic efficiency and 124.8 W/kg power density at 0.5 A/g. It also exhibits 88.86% coulombic efficiency and 1251 W/kg power density at 5 A/g. The obtained high capacitance, coulombic efficiency, reversibility, and large energy, and power densities make PANI/GNP/MnO2 ternary hybrid electrode as a promising supercapacitor electrode material.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat A.K. Das, S.K. Karan, B.B. Khatua, Electrochim. Acta 180, 1 (2015) A.K. Das, S.K. Karan, B.B. Khatua, Electrochim. Acta 180, 1 (2015)
2.
Zurück zum Zitat J.S. Shayeh, A. Ehsani, M.R. Ganjali, P. Norouzi, B. Jaleh, Appl. Surf. Sci. 353, 594 (2015) J.S. Shayeh, A. Ehsani, M.R. Ganjali, P. Norouzi, B. Jaleh, Appl. Surf. Sci. 353, 594 (2015)
3.
Zurück zum Zitat L. Kouchachvili, W. Yaïci, E. Entchev, J. Power Sources 374, 237 (2018) L. Kouchachvili, W. Yaïci, E. Entchev, J. Power Sources 374, 237 (2018)
4.
Zurück zum Zitat A.S. Lemine, M.M. Zagho, T.M. Altahtamouni, N. Bensalah, Int. J. Energy Res. 42, 4284 (2018) A.S. Lemine, M.M. Zagho, T.M. Altahtamouni, N. Bensalah, Int. J. Energy Res. 42, 4284 (2018)
5.
Zurück zum Zitat Y. He, W. Chen, X. Li, Z. Zhang, J. Fu, C. Zhao, ACS Nano 7, 174 (2013) Y. He, W. Chen, X. Li, Z. Zhang, J. Fu, C. Zhao, ACS Nano 7, 174 (2013)
6.
Zurück zum Zitat P. Simon, Y. Gogotsi, Nat. Mater. 7, 845 (2008) P. Simon, Y. Gogotsi, Nat. Mater. 7, 845 (2008)
7.
Zurück zum Zitat P. Sharma, T.S. Bhatti, Energy Convers. Manage. 51, 2901 (2010) P. Sharma, T.S. Bhatti, Energy Convers. Manage. 51, 2901 (2010)
8.
Zurück zum Zitat S.M. Chen, R. Ramachandran, V. Mani, R. Saraswathi, Int. J. Electrochem. Sci. 9, 4072 (2014) S.M. Chen, R. Ramachandran, V. Mani, R. Saraswathi, Int. J. Electrochem. Sci. 9, 4072 (2014)
9.
Zurück zum Zitat Y. Zhang, H. Feng, X. Wu, L. Wang, A. Zhang, T. Xia, Int. J. Hydrog. Energy 34, 4889 (2009) Y. Zhang, H. Feng, X. Wu, L. Wang, A. Zhang, T. Xia, Int. J. Hydrog. Energy 34, 4889 (2009)
10.
Zurück zum Zitat E. Frackowiak, Q. Abbas, F. Beguin, J. Energy Chem. 22, 226 (2013) E. Frackowiak, Q. Abbas, F. Beguin, J. Energy Chem. 22, 226 (2013)
11.
Zurück zum Zitat M. Nasibi, M.A. Golozar, G. Rashed, Mater. Lett. 91, 323 (2013) M. Nasibi, M.A. Golozar, G. Rashed, Mater. Lett. 91, 323 (2013)
12.
Zurück zum Zitat L. Yang, L.R. Hou, Y.W. Zhang, C.Z. Yuan, Mater. Lett. 97, 97 (2013) L. Yang, L.R. Hou, Y.W. Zhang, C.Z. Yuan, Mater. Lett. 97, 97 (2013)
13.
Zurück zum Zitat J.P. Zheng, P.C. Goonetilleke, C.M. Pettit, D. Roy, Talanta 81, 1045 (2010) J.P. Zheng, P.C. Goonetilleke, C.M. Pettit, D. Roy, Talanta 81, 1045 (2010)
14.
Zurück zum Zitat D. Qu, J. Power Sources 109, 403 (2002) D. Qu, J. Power Sources 109, 403 (2002)
15.
Zurück zum Zitat H. Shen, E. Liu, X. Xiang, Z. Huang, Y. Tian, Y. Wu, Mater. Res. Bull. 47, 662 (2012) H. Shen, E. Liu, X. Xiang, Z. Huang, Y. Tian, Y. Wu, Mater. Res. Bull. 47, 662 (2012)
16.
Zurück zum Zitat J. Jiang, A. Kucernak, Electrochim. Acta 47, 2381 (2002) J. Jiang, A. Kucernak, Electrochim. Acta 47, 2381 (2002)
17.
Zurück zum Zitat X. Lang, A. Hirata, T. Fujita, M. Chen, Nat. Nanotechnol. 6, 232 (2011) X. Lang, A. Hirata, T. Fujita, M. Chen, Nat. Nanotechnol. 6, 232 (2011)
18.
Zurück zum Zitat H. Gomez, M.K. Ram, F. Alvi, P. Villalba, E. Stefanakos, A. Kumar, J. Power Sources 196, 4102 (2011) H. Gomez, M.K. Ram, F. Alvi, P. Villalba, E. Stefanakos, A. Kumar, J. Power Sources 196, 4102 (2011)
19.
Zurück zum Zitat X. Xia, D. Chao, Z. Fan, C. Guan, X. Cao, H. Zhang et al., Nano Lett. 14, 1651 (2014) X. Xia, D. Chao, Z. Fan, C. Guan, X. Cao, H. Zhang et al., Nano Lett. 14, 1651 (2014)
20.
Zurück zum Zitat G.X. Pan, X.H. Xia, F. Cao, J. Chen, P.S. Tang, Y.J. Zhang et al., Electrochim. Acta 133, 522 (2014) G.X. Pan, X.H. Xia, F. Cao, J. Chen, P.S. Tang, Y.J. Zhang et al., Electrochim. Acta 133, 522 (2014)
21.
Zurück zum Zitat C. Liu, F. Li, L.P. Ma, H.M. Cheng, Adv. Energy Mater. 22, E28 (2010) C. Liu, F. Li, L.P. Ma, H.M. Cheng, Adv. Energy Mater. 22, E28 (2010)
22.
Zurück zum Zitat Q. Wu, Y. Xu, Z. Yao, A. Liu, G. Sh, ACS Nano 4, 1963 (2010) Q. Wu, Y. Xu, Z. Yao, A. Liu, G. Sh, ACS Nano 4, 1963 (2010)
23.
Zurück zum Zitat S.W. Lee, J. Kim, S. Chen, P.T. Hammond, Y. Shao-Horn, ACS Nano 4, 3889 (2010) S.W. Lee, J. Kim, S. Chen, P.T. Hammond, Y. Shao-Horn, ACS Nano 4, 3889 (2010)
24.
Zurück zum Zitat J. Yan, Z. Fan, W. Sun, G. Ning, T. Wei, Q. Zhang et al., Adv. Funct. Mater. 22, 2632 (2012) J. Yan, Z. Fan, W. Sun, G. Ning, T. Wei, Q. Zhang et al., Adv. Funct. Mater. 22, 2632 (2012)
25.
Zurück zum Zitat G. Wang, L. Zhang, J. Zhang, Chem. Soc. Rev. 41, 797 (2012) G. Wang, L. Zhang, J. Zhang, Chem. Soc. Rev. 41, 797 (2012)
26.
Zurück zum Zitat K. Wang, H. Wu, Y. Meng, Z. Wei, Small 10, 14 (2014) K. Wang, H. Wu, Y. Meng, Z. Wei, Small 10, 14 (2014)
27.
Zurück zum Zitat C. Guan, X. Li, Z. Wang, X. Cao, C. Soci, H. Zhang et al., Adv. Mater. 24, 4186 (2012) C. Guan, X. Li, Z. Wang, X. Cao, C. Soci, H. Zhang et al., Adv. Mater. 24, 4186 (2012)
28.
Zurück zum Zitat G. Lee, Y. Cheng, C.V. Varanasi, J. Liu, J. Phys. Chem. C 118, 2281 (2014) G. Lee, Y. Cheng, C.V. Varanasi, J. Liu, J. Phys. Chem. C 118, 2281 (2014)
29.
Zurück zum Zitat M. Sathiya, A.S. Prakash, K. Ramesha, J.-M. Tarascon, A.K. Shukla, J. Am. Chem. Soc. 133, 16291 (2011) M. Sathiya, A.S. Prakash, K. Ramesha, J.-M. Tarascon, A.K. Shukla, J. Am. Chem. Soc. 133, 16291 (2011)
30.
Zurück zum Zitat X.-C. Dong, H. Xu, X.-W. Wang, Y.-X. Huang, M.B. Chan-Park, H. Zhang et al., ACS Nano 6, 3206 (2012) X.-C. Dong, H. Xu, X.-W. Wang, Y.-X. Huang, M.B. Chan-Park, H. Zhang et al., ACS Nano 6, 3206 (2012)
31.
Zurück zum Zitat W. Li, G. Li, J. Sun, R. Zou, K. Xu, Y. Sun et al., Nanoscale 5, 2901 (2013) W. Li, G. Li, J. Sun, R. Zou, K. Xu, Y. Sun et al., Nanoscale 5, 2901 (2013)
32.
Zurück zum Zitat G.P. Ojha, B. Pant, S.-J. Park, M. Park, H.-Y. Kim, J. Colloid Interface Sci. 494, 338 (2017) G.P. Ojha, B. Pant, S.-J. Park, M. Park, H.-Y. Kim, J. Colloid Interface Sci. 494, 338 (2017)
33.
Zurück zum Zitat H. Zhang, J. Gu, J. Tong, Y. Hu, B. Guan, B. Hu et al., Chem. Eng. J. 286, 139 (2016) H. Zhang, J. Gu, J. Tong, Y. Hu, B. Guan, B. Hu et al., Chem. Eng. J. 286, 139 (2016)
34.
Zurück zum Zitat X. Zhang, M. He, P. He, H. Liu, H. Bai, J. Chen et al., Appl. Surf. Sci. 426, 933 (2017) X. Zhang, M. He, P. He, H. Liu, H. Bai, J. Chen et al., Appl. Surf. Sci. 426, 933 (2017)
35.
Zurück zum Zitat K.T. Kubra, A. Javaid, B. Patil, R. Sharif, A. Salman, S. Shahzadi et al., Ceram. Int. 45, 6819 (2019) K.T. Kubra, A. Javaid, B. Patil, R. Sharif, A. Salman, S. Shahzadi et al., Ceram. Int. 45, 6819 (2019)
36.
Zurück zum Zitat P. Liu, Y. Wang, X. Wang, C. Yang, Y. Yi, J. Nanoparticle Res. 14, 1 (2012) P. Liu, Y. Wang, X. Wang, C. Yang, Y. Yi, J. Nanoparticle Res. 14, 1 (2012)
37.
Zurück zum Zitat S. Ahmed, M. Rafat, Mater. Res. Express 5, 015507 (2018) S. Ahmed, M. Rafat, Mater. Res. Express 5, 015507 (2018)
38.
Zurück zum Zitat S. Ahmed, M. Rafat, Mater. Res. Express 5, 035512 (2018) S. Ahmed, M. Rafat, Mater. Res. Express 5, 035512 (2018)
39.
Zurück zum Zitat S. Ahmed, M. Rafat, M.K. Singh, S. Hashmi, Nanotechnology 29, 395401 (2018) S. Ahmed, M. Rafat, M.K. Singh, S. Hashmi, Nanotechnology 29, 395401 (2018)
40.
Zurück zum Zitat K.T. Kubra, R. Sharif, B. Patil, A. Javaid, S. Shahzadi, A. Salman et al., J. Alloys Compd. 815, 152104 (2020) K.T. Kubra, R. Sharif, B. Patil, A. Javaid, S. Shahzadi, A. Salman et al., J. Alloys Compd. 815, 152104 (2020)
41.
Zurück zum Zitat Y. Jin, M. Jia, Coll. Surf. A 464, 17 (2015) Y. Jin, M. Jia, Coll. Surf. A 464, 17 (2015)
42.
Zurück zum Zitat G. Han, Y. Liu, L. Zhang, E. Kan, S. Zhang, J. Tang et al., Sci. Rep. 4, 1 (2014) G. Han, Y. Liu, L. Zhang, E. Kan, S. Zhang, J. Tang et al., Sci. Rep. 4, 1 (2014)
43.
Zurück zum Zitat N.A. Kumar, H.-J. Choi, Y.R. Shin, D.W. Chang, L. Dai, J.-B. Baek, ACS Nano 6, 1715 (2012) N.A. Kumar, H.-J. Choi, Y.R. Shin, D.W. Chang, L. Dai, J.-B. Baek, ACS Nano 6, 1715 (2012)
44.
Zurück zum Zitat Y. Yan, Q. Cheng, V. Pavlinek, P. Saha, C. Lia, Electrochim. Acta 71, 27 (2012) Y. Yan, Q. Cheng, V. Pavlinek, P. Saha, C. Lia, Electrochim. Acta 71, 27 (2012)
45.
Zurück zum Zitat A.K. Das, S. Maiti, B.B. Khatua, J. Electroanal. Chem. 739, 10 (2015) A.K. Das, S. Maiti, B.B. Khatua, J. Electroanal. Chem. 739, 10 (2015)
46.
Zurück zum Zitat A. Moyseowicz, A. Sliwak, E. Miniach, G. Gryglewicz, Composites B 109, 23 (2017) A. Moyseowicz, A. Sliwak, E. Miniach, G. Gryglewicz, Composites B 109, 23 (2017)
47.
Zurück zum Zitat A.K. Thakur, A.B. Deshmukh, R.B. Choudhary, I. Karbhal, M. Majumder, M.V. Shelke, Mater. Sci. Eng. B 223, 24 (2017) A.K. Thakur, A.B. Deshmukh, R.B. Choudhary, I. Karbhal, M. Majumder, M.V. Shelke, Mater. Sci. Eng. B 223, 24 (2017)
48.
Zurück zum Zitat P. Asen, S. Shahrokhian, A.I. Zad, Int. J. Hydrog. Energy 42, 21073 (2017) P. Asen, S. Shahrokhian, A.I. Zad, Int. J. Hydrog. Energy 42, 21073 (2017)
49.
Zurück zum Zitat A.P.P. Alves, R. Koizumi, A. Samanta, L.D. Machado, A.K. Singh, D.S. Galvao et al., Nano Energy 31, 225 (2017) A.P.P. Alves, R. Koizumi, A. Samanta, L.D. Machado, A.K. Singh, D.S. Galvao et al., Nano Energy 31, 225 (2017)
50.
Zurück zum Zitat H. Farrokhzad, T. Van Gerven, B. Van der Bruggen, Eur. Polym. J. 49, 3234 (2013) H. Farrokhzad, T. Van Gerven, B. Van der Bruggen, Eur. Polym. J. 49, 3234 (2013)
51.
Zurück zum Zitat D.K. Bandgar, G.D. Khuspe, R.C. Pawar, C.S. Lee, V.B. Patil, Appl. Nanosci. 4, 27 (2014) D.K. Bandgar, G.D. Khuspe, R.C. Pawar, C.S. Lee, V.B. Patil, Appl. Nanosci. 4, 27 (2014)
52.
Zurück zum Zitat F. Cheng, W. Tang, C. Li, J. Chen, H. Liu, P. Shen et al., Chemi: Eur. J. 12, 3082 (2006) F. Cheng, W. Tang, C. Li, J. Chen, H. Liu, P. Shen et al., Chemi: Eur. J. 12, 3082 (2006)
53.
Zurück zum Zitat W.-C. Peng, S.-B. Wang, X.-Y. Li, Sep. Purif. Technol. 163, 15 (2016) W.-C. Peng, S.-B. Wang, X.-Y. Li, Sep. Purif. Technol. 163, 15 (2016)
54.
Zurück zum Zitat C. Liu, H. Sun, J. Qian, Z. Chen, F. Chen, S. Liu et al., J. Alloys Compd. 722, 54 (2017) C. Liu, H. Sun, J. Qian, Z. Chen, F. Chen, S. Liu et al., J. Alloys Compd. 722, 54 (2017)
55.
Zurück zum Zitat W. Fan, C. Zhang, W.W. Tjiu, K.P. Pramoda, C. He, T. Liu, A.C.S. Appl, Mater. Interfaces 5, 3382 (2013) W. Fan, C. Zhang, W.W. Tjiu, K.P. Pramoda, C. He, T. Liu, A.C.S. Appl, Mater. Interfaces 5, 3382 (2013)
56.
Zurück zum Zitat M.D. Stoller, S. Park, Y. Zhu, J. An, R.S. Ruoff, Nano Lett. 8, 3498 (2008) M.D. Stoller, S. Park, Y. Zhu, J. An, R.S. Ruoff, Nano Lett. 8, 3498 (2008)
57.
Zurück zum Zitat F. Meng, X. Yan, Y. Zhu, P. Si, Nanoscale Res. Lett. 8, 179 (2013) F. Meng, X. Yan, Y. Zhu, P. Si, Nanoscale Res. Lett. 8, 179 (2013)
58.
Zurück zum Zitat M. Majumder, R.B. Choudhary, A.K. Thakur, I. Karbhal, RSC Adv. 7, 20037 (2017) M. Majumder, R.B. Choudhary, A.K. Thakur, I. Karbhal, RSC Adv. 7, 20037 (2017)
59.
Zurück zum Zitat M. Majumder, R.B. Choudhary, A.K. Thakur, C.S. Rout, G. Gupta, New J. Chem. 42, 5295 (2018) M. Majumder, R.B. Choudhary, A.K. Thakur, C.S. Rout, G. Gupta, New J. Chem. 42, 5295 (2018)
60.
Zurück zum Zitat S.R. Ede, S. Anantharaj, K. Kumaran, S. Mishra, S. Kundu, RSC Adv. 7, 5898 (2017) S.R. Ede, S. Anantharaj, K. Kumaran, S. Mishra, S. Kundu, RSC Adv. 7, 5898 (2017)
61.
Zurück zum Zitat H. Chen, B. Zhang, F. Li, M. Kuang, M. Huang, Y. Yang et al., Electrochim. Acta 187, 488 (2016) H. Chen, B. Zhang, F. Li, M. Kuang, M. Huang, Y. Yang et al., Electrochim. Acta 187, 488 (2016)
62.
Zurück zum Zitat F. Li, Y.X. Zhang, M. Huang, Y. Xing, L.L. Zhang, Electrochim. Acta 154, 329 (2015) F. Li, Y.X. Zhang, M. Huang, Y. Xing, L.L. Zhang, Electrochim. Acta 154, 329 (2015)
63.
Zurück zum Zitat X. Liu, P. Shang, Y. Zhang, X. Wang, Z. Fan, B. Wang et al., J. Mater. Chem. A 2, 15273 (2014) X. Liu, P. Shang, Y. Zhang, X. Wang, Z. Fan, B. Wang et al., J. Mater. Chem. A 2, 15273 (2014)
64.
Zurück zum Zitat L. Zhang, D. Huang, N. Hu, C. Yang, M. Li, H. Wei et al., J. Power Sources 342, 1 (2017) L. Zhang, D. Huang, N. Hu, C. Yang, M. Li, H. Wei et al., J. Power Sources 342, 1 (2017)
Metadaten
Titel
Facile synthesis and electrochemical study of a ternary hybrid PANI/GNP/MnO2 as supercapacitor electrode material
verfasst von
Khadija Tul Kubra
Atif Javaid
Rehana Sharif
Ghulam Ali
Fauzia Iqbal
Ayesha Salman
Fozia Shaheen
Annam Butt
Faiza Jan Iftikhar
Publikationsdatum
17.06.2020
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 15/2020
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-020-03792-y

Weitere Artikel der Ausgabe 15/2020

Journal of Materials Science: Materials in Electronics 15/2020 Zur Ausgabe