Relationship between electrical conductivity and supercapacitor properties of Co3O4 nanofibers fabricated by electrospinning

Hyo-Min Choi; Jong-Won Yoon

doi:https://doi.org/10.1007/s13391-023-00461-0

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자료유형: 학술저널

저자정보: Hyo-Min Choi (Dankook University) Jong-Won Yoon (Dankook University)

저널정보: 대한금속·재료학회 Electronic Materials Letters Electronic Materials Letters Vol.20 No.1

발행연도: 2024.1

수록면: 78 - 84 (7page)

DOI: https://doi.org/10.1007/s13391-023-00461-0

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Co 3 O 4 with a spinel structure has been utilized as supercapacitor materials due to their active surface sites, strong absorptioncapacity, excellent electrochemical activity, and stability. In this study, we tried to explore the optimized electrospinningconditions, including heat-treatment temperature for Co 3 O 4 nanofi ber fabrication for supercapacitor applications. TheX-ray diff raction patterns of Co 3 O 4 nanofi bers annealed at 600 and 800 ºC showed a cubic spinel crystal structure withouta secondary phase, but CoO was found in the specimens annealed at 400 ºC. From the XPS curve fi tting, Co 3+ increasedin the Co 3+ /Co 2+ ratio with increasing heat-treatment temperature. The electrical conductivity of the Co 3 O 4 nanofi bersheated at 400, 600, and 800 ºC is 7.53 × 10 −3 , 1.12 × 10 −2 , and 6.26 × 10 −3 Ω −1 cm −1 , respectively. The Co 3 O 4 nanofi bersheat treated at 600 ºC showed the highest conductivity value, and the conduction mechanism was polaron hopping betweenCo 3+ and Co 2+ . The supercapacitor properties of Co 3 O 4 nanofi bers are evaluated by cyclic voltammetry (CV), galvanostaticcharge–discharge (GCD), and electrochemical impedance measurement using a three-electrode system in a 3 M KOH electrolyte. The GCD tests showed that the Co 3 O 4 nanofi bers heated at 600 ºC had the highest specifi c capacitance of 579.66F/g. From the electrochemical impedance measurements, the charge transfer resistance (R ct ) of calcined Co 3 O 4 nanofi bersat 600 ºC showed the lowest value of 1.27 Ω. Also, the Co 3 O 4 nanofi ber exhibits excellent cycle stability with capacitanceretention over 99% until 1000 cycles at a current density of 2 A/g. Therefore, the excellent supercapacitor performance ofCo 3 O 4 nanofi bers annealed at 600 ºC is due to its nanofi ber structure without a secondary phase providing a larger surfacearea and charge transfer.

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