[論文レビュー] Remarkably high value of Capacitance in BiFeO3 Nanorod

Nabanita Dutta, S.K. Bandyopadhyay+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2013

Multiferroics and related materials参考文献 8被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、湿式化学法を用いて多孔性酸化アルミナ（AAO）テンプレート上に成長したビスマスフェルル酸バリウム（BiFeO3）ナノロッドにおいて、450 F/gの特定静電容量が報告された。高い静電容量は、ナノ構造的形態に起因し、サイクルボルタメトリと電荷放出測定により、複数サイクルにわたり安定した性能が確認されたことから、エネルギー貯蔵応用への強い可能性を示している。

ABSTRACT

A remarkably high value of specific capacitance of 450 F/g has been observed through electrochemical measurements in the electrode made of multiferroic Bismuth Ferrite (BFO) in the form of nanorods protruding out. These BFO nanorods were developed on porous Anodised Alumina (AAO) templates using wet chemical technique. Diameters of nanorods were in the range of 20-100 nm. The high capacitance is attributed to the nanostructure. The active surface charge has been evaluated electrochemically by cyclic voltammetry (CV) at different scanning rates and charge-discharge studies. The specific capacitances were constant after several cycles of charge-discharge leading to their useful application in devices. The mechanism of accumulation of charge on the electrode surface has been studied.

研究の動機と目的

• ナノ構造的ビスマスフェルル酸バリウム（BiFeO3）を用いた高静電容量電極材料の開発を目的とする。
• エネルギー貯蔵応用を目的としたBiFeO3ナノロッドの電気化学的挙動を調査することを目的とする。
• ナノ構造が特定静電容量の向上に果たす役割を評価することを目的とする。
• 繰り返し電荷放出サイクルを用いて、長期的な電気化学的安定性を示すこと。

提案手法

• BiFeO3ナノロッドは、湿式化学的手法を用いて多孔性酸化アルミナ（AAO）テンプレート上に合成された。
• ナノロッドの直径は20〜100 nmの範囲にあり、電気化学的活性に寄与する高い比表面積を有していた。
• 電荷貯蔵挙動の分析のため、さまざまな走査速度でサイクルボルタメトリ（CV）が実施された。
• 特定静電容量およびサイクリング安定性を決定するために、定電流充放電測定が実施された。
• 電極表面における電荷蓄積メカニズムの研究のために、電気化学的インピーダンス分光法が用いられた。
• 特定静電容量は、標準的な電気化学的式を用いて、電荷放出曲線から計算された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AAOテンプレート上に合成されたBiFeO3ナノロッドの特定静電容量は何か？
• RQ2 BiFeO3ナノロッドのナノ構造的特徴は、その電気化学的静電容量にどのように影響するか？
• RQ3 BiFeO3ナノロッドは繰り返し電荷放出サイクルにおいて、どの程度の電気化学的安定性を示すか？
• RQ4 BiFeO3ナノロッド表面における電荷蓄積のメカニズムは何か？
• RQ5 走査速度の変化が、BiFeO3ナノロッドの静電容量挙動にどのように影響するか？

主な発見

• BiFeO3ナノロッドでは、450 F/gの特定静電容量が達成され、この材料としては非常に顕著な高さであった。
• 複数回の電荷放出サイクルにわたり静電容量が一定を保ったことから、優れた電気化学的安定性を示した。
• サイクルボルタメトリでは、理想的な容量的挙動に特徴的な準長方形形状が観察された。
• 高い静電容量は、ナノロッドの高い比表面積およびナノ構造的形態に起因するとされた。
• 電荷蓄積メカニズムは表面制御型であり、電気二重層および偽容量的寄与と整合的であった。
• 繰り返しサイクルに耐えた結果、ナノロッドは安定した性能を示し、実用的エネルギー貯蔵デバイスへの適性が確認された。