Curcuma longa ekstrakti yordamida yashil usulda sintez qilingan spinel MnFe₂O₄ — marganets va temir tutuvchi ferrit nanozarracha elektrod materialidir. Ushbu tadqiqotda MnFe₂O₄ nanozarrachalari zarchavaning ilmiy nomi bo‘lgan Curcuma longa rizoma ekstrakti tabiiy qaytaruvchi va barqarorlashtiruvchi muhit sifatida ishlatilgan yashil birgalikda cho‘ktirish usuli bilan tayyorlangan; kristall tuzilma, sirt maydoni, g‘ovaklik, morfologiya, elementlar taqsimoti va elektrokimyoviy energiya saqlash xatti-harakati tajribaviy ravishda o‘rganilgan.

Rentgen nurlari difraksiyasi (XRD) o‘rtacha kristallit o‘lchamini 19,9 nm deb ko‘rsatgan va xarakterli spinel MnFe₂O₄ fazasini tasdiqlagan. Raman spektroskopiyasi spinel ferrit uchun kutiladigan tebranish modalarini qo‘llab-quvvatlagan. BET o‘lchovlarida Curcuma longa ekstrakti ishlatilgan namuna uchun 2-jadvalda 68,5 ± 1,1 m²/g sirt maydoni va 8,7 ± 0,2 nm o‘rtacha g‘ovak o‘lchami; ekstraktsiz namuna uchun esa 54,8 ± 1,3 m²/g va 7,9 ± 0,3 nm qayd etilgan. SEM tasvirlarida g‘ovak, o‘zaro bog‘langan va gulkaramga o‘xshash aglomeratlar kuzatilgan; EDX tahlilida Mn, Fe va O elementlari bir jinsli taqsimlangani bildirilgan.

Uch elektrodli 1 M KOH tajriba tizimida yashil usulda sintez qilingan MnFe₂O₄ elektrodi 0,8 A/g tok zichligida 295 F/g solishtirma sig‘im ko‘rsatgan. Tok zichligi 2,0 A/g ga oshganda solishtirma sig‘im 68 F/g gacha pasaygan. Xuddi shu yashil ekstraktsiz tayyorlangan taqqoslash namunasi manba 8d-rasmida 0,8 A/g da 114 F/g va 2,0 A/g da 42 F/g ni ko‘rsatadi. Bu taqqoslash tadqiqot sinov sharoitlarida Curcuma longa yordamida sintez qilingan namuna yuqoriroq zaryad saqlash qobiliyatini ko‘rsatganini bildiradi; biroq tadqiqot ushbu farq uchun statistik ahamiyatlilik testini keltirmagan.

Yashil usulda sintez qilingan MnFe₂O₄ elektrodi 0,8 A/g ostida 5000 galvanostatik zaryadlash-zaryadsizlash siklidan keyin boshlang‘ich sig‘imining taxminan %87,3 ini saqlab qolgan. Elektrokimyoviy impedans spektroskopiyasida (EIS) uch elektrodli elektrodning zaryad uzatish qarshiligi \(R_{ct}\) sikllashdan oldin 3,19 Ω bo‘lgan bo‘lsa, sikllashdan keyin 2,76 Ω gacha kamaygan. Manba bu o‘zgarishni elektrod-elektrolit interfeysida zaryad uzatilishining yaxshilanishi bilan bog‘laydi.

Tadqiqot faqat yarim hujayraga o‘xshash uch elektrodli tavsiflash bilan cheklanmay, MnFe₂O₄/Ni ko‘pik musbat elektrodi va faollashtirilgan karbon/Ni ko‘pik manfiy elektroddan tashkil topgan ikki elektrodli assimetrik superkondensator ham tayyorlagan. Ushbu qurilma 0,8 A/g da 79 F/g solishtirma sig‘im ko‘rsatgan; eng yuqori qayd etilgan energiya zichligi 640 W/kg quvvat zichligida 28,24 Wh/kg, 1600 W/kg quvvat zichligida esa energiya zichligi 12,89 Wh/kg bo‘lgan.

Bu natijalarning talqin chegarasi muhim. 295 F/g va %87,3 sikl saqlanish qiymati bevosita ikki elektrodli yakuniy qurilma ko‘rsatkichi emas; u uch elektrodli MnFe₂O₄ elektrod o‘lchoviga tegishli. Bundan tashqari, tadqiqot laboratoriya miqyosidadir. Ishlab chiqarishni masshtablash, hayotiy siklni baholash, xarajat tahlili yoki tijoriy superkondensator modulida uzoq muddatli ishonchlilik sinovi o‘tkazilmagan. Shu sababli “yashil” ifodasi, xususan, o‘simlik ekstrakti yordamidagi sintez yondashuvini anglatadi; butun ishlab chiqarish zanjiri miqdoriy jihatdan past ekologik ta’sirga ega ekani hayotiy sikl tahlili bilan isbotlangan degani emas.

MnFe₂O₄ Nanozarrachalari Superkondensator Elektrodi Sifatida Nega O‘rganilmoqda?

Spinel MnFe₂O₄ — Mn va Fe ionlari bir nechta oksidlanish holatida qatnasha oladigan, qaytar Faradaik redoks reaksiyalari orqali zaryad saqlay oladigan o‘tish metalli ferritidir; ushbu tadqiqot MnFe₂O₄ ning ana shu redoks faolligini katta sirt maydoni va g‘ovak nanostruktura bilan birlashtirib, uni superkondensator elektrodi sifatida baholaydi.

Superkondensator nimani saqlaydi?

Superkondensator elektr energiyasini elektrod-elektrolit interfeysida zaryad to‘plash orqali saqlaydi. Ideal elektr ikki qavatli kondensatorlarda saqlash asosan elektrostatik zaryad ajralishiga tayansa, psevdokapasitiv materiallarda tez va qaytar sirt yoki sirtga yaqin redoks reaksiyalari ham zaryad saqlashga hissa qo‘shadi.

Ushbu tadqiqotdagi MnFe₂O₄ elektrodining CV egri chiziqlarida aniq anod va katod cho‘qqilarining ko‘rinishi saqlash faqat ideal ikki qavatli mexanizmga tayanmasligini ko‘rsatadi. Manba bu xatti-harakatni Mn²⁺/Mn³⁺ va Fe²⁺/Fe³⁺ oksidlanish-qaytarilish o‘tishlari bilan bog‘laydi.

Spinel tuzilma nimani anglatadi?

Spinel ferrit, umuman olganda, metall kationlari kislorod ionlari hosil qilgan kristall panjara ichidagi turli koordinatsiya joylariga joylashadigan ferrit tuzilmani anglatadi. Tadqiqotdagi XRD va Raman tahlillarining asosiy maqsadi sintez qilingan mahsulot kutilgan MnFe₂O₄ spinel tuzilmasiga ega yoki yo‘qligini tekshirishdir.

XRD naqshida manba tomonidan (111), (220), (311), (222), (400), (422), (511), (440), (531), (620), (533), (622) va (444) kristall tekisliklari belgilangan. Eng yuqori intensivlik (311) tekisligida kuzatilgan. Mualliflar qo‘shimcha begona faza cho‘qqilarini kuzatmaganlarini va naqshni JCPDS 10-0319 kartasiga mos deb baholaganlarini bildiradilar.

Curcuma longa Ekstrakti Sintezda Qanday Vazifa Bajaradi?

Curcuma longa ekstrakti ushbu tadqiqotda MnFe₂O₄ sintez muhitiga fenolik va boshqa fitokimyoviy funksional guruhlar beruvchi tabiiy qaytaruvchi va barqarorlashtiruvchi komponent sifatida ishlatiladi; mualliflar bu komponentlar yadrolanish, zarracha o‘sishi, sirt kimyosi va aglomeratsiyani tartibga solishga hissa qo‘shishini taklif qiladilar.

O‘simlik ekstrakti qanday tayyorlandi?

Manba usuliga ko‘ra, 19 g mayda to‘g‘ralgan yangi Curcuma longa rizomasi 100 mL distillangan suvda 30-40 daqiqa qaynatilgan va keyin filtrlab tiniq ekstrakt olingan. Ushbu ekstraktning 60 mL qismi MnFe₂O₄ sintez reaksiyasi muhiti sifatida ishlatilgan.

0,3 M Mn(NO₃)₂·4H₂O va 0,6 M Fe(NO₃)₃·9H₂O eritmalari alohida tayyorlanib ekstraktga qo‘shilgan. Mn/Fe nisbati 1:2 darajasida saqlangan. Reaksiya aralashmasi 100 °C da uch soat uzluksiz aralashtirilgan.

Keyin 1 M NaOH eritmasi bosqichma-bosqich qo‘shilgan va pH taxminan 11 ga yetganda qora cho‘kma hosil bo‘lgan. Manba pH qiymatini “near 11” deb beradi; yanada aniq yakuniy pH ni keltirmaydi.

Cho‘kma 5000 rpm da sentrifugalanib, toza suv va etanol bilan bir necha marta yuvilgan va 50 °C da 96 soat quritilgan. Manba sentrifugalash vaqtini va aniq yuvish sonini bildirmaydi.

Quritilgan mahsulot keyin 5 °C/dak qizdirish tezligida 500 °C gacha qizdirilgan va 500 °C da besh soat tavlangan. Tavlashdan so‘ng mahsulot hovonchada maydalab MnFe₂O₄ mayda kukuni olingan.

Elektrod qanday tayyorlandi?

MnFe₂O₄ faol materiali, o‘tkazuvchi karbon qorasi va PVDF bog‘lovchi 80:10:10 massa nisbatida aralashtirilgan. Aralashma mos miqdordagi N-metil-2-pirrolidon (NMP) yordamida bir jinsli suspenziyaga aylantirilgan. Manba NMP ning aniq hajmini keltirmaydi.

Tok yig‘uvchi sifatida 1 × 1 cm² nikel ko‘pik ishlatilgan. Nikel ko‘pik etanol, distillangan suv va aseton bilan ultratovushli usulda tozalangan, tayyorlangan suspenziya sirtga qoplangan va faol material yuklamasi taxminan 3,3 mg/cm² qilib sozlangan. Qoplangan elektrod 60 °C da 12 soat quritilgan.

Debye-Scherrer Tenglamasi Ushbu Tadqiqotda Nimani Hisoblaydi?

Debye-Scherrer tenglamasi XRD cho‘qqilarining kengligidan koherent kristall sohalarning taxminiy o‘rtacha o‘lchamini hisoblash uchun ishlatilgan va tadqiqot MnFe₂O₄ uchun 19,9 nm o‘rtacha kristallit o‘lchamini qayd etgan; bu qiymat SEM dagi taxminan 36,2 µm aglomerat o‘lchami bilan bir xil fizik kattalik emas.

XRD tajriba sharoiti

XRD o‘lchovi PANalytical X'Pert PRO difraktometrida Cu Kα nuri yordamida o‘tkazilgan. Manba nurning to‘lqin uzunligini \(\lambda=1.5406\,Å\) deb beradi.

Kristallit o‘lchami uchun Tenglama (1):

\[ D=\frac{0.9\lambda}{\beta\cos\theta} \tag{1} \]

Formula nimani hisoblaydi? XRD cho‘qqisi kengayishiga asoslangan taxminiy o‘rtacha kristallit o‘lchamini \(D\) hisoblaydi.

O‘zgaruvchilar: \(D\) kristallit o‘lchami; \(\lambda\) ishlatilgan rentgen nurining to‘lqin uzunligi; \(\beta\) difraksiya cho‘qqisining kengligi; \(\theta\) Bragg burchagi. Manba \(\lambda=1.5406\,Å\) qiymatini aniq beradi. Maqola \(\beta\) ni hisoblash/tuzatish protsedurasini batafsil bayon qilmaydi.

Dislokatsiya chizig‘i zichligi uchun Tenglama (2):

\[ DLD=\frac{1}{D^2} \tag{2} \]

Ushbu tenglamada kristallit o‘lchami kichraygan sari hisoblangan dislokatsiya chizig‘i zichligi ortadi. Tadqiqot MnFe₂O₄ uchun \(2.52\times10^{15}\) lines/m² qiymatini qayd etadi.

Kristall tekisliklar orasidagi masofa uchun ishlatilgan Bragg munosabati Tenglama (3):

\[ d=\frac{n\lambda}{2\sin\theta} \tag{3} \]

Bu yerda \(d\) kristall tekisliklar orasidagi masofa, \(n\) difraksiya tartibi, \(\lambda\) rentgen nurining to‘lqin uzunligi va \(\theta\) Bragg burchagidir. Manba o‘rtacha \(d\)-spacing qiymatini 2,56 Å deb beradi.

19,9 nm bilan taxminan 36,2 µm nega bir-biridan juda farq qiladi?

Manba bu farqni aniq tushuntiradi. XRD dagi 19,9 nm qiymati alohida koherent kristallit sohalarning xarakterli o‘lchamidir. SEM gistogrammasidagi taxminan 36,2 µm esa ko‘plab nanokristallitlar birlashib hosil qilgan yirikroq aglomerat to‘plamlar o‘lchami bilan bog‘liq. Shu sababli bu ikki son bir xil obyektni o‘lchamaydi va bir-biriga bevosita zid emas.

Raman tahlili nimani ko‘rsatdi?

Raman spektrida taxminan 219, 334, 469, 580 va 688 cm⁻¹ polosalar qayd etilib, mos ravishda T_2g(1), E_g, T_2g(3), T_2g(2) va A_1g spinel ferrit tebranish modalariga mansub deb topilgan.

Manba, shuningdek, taxminan 284 va 385 cm⁻¹ atrofidagi kuchsiz qo‘shimcha polosalarni tilga oladi va ularni nuqsonlardan kelib chiqqan tebranishlar, mahalliy kation tartibsizligi, nanomasshtabdagi simmetriya buzilishi yoki fonon modalarining aralashishi bilan bog‘laydi. Bu izoh mualliflarning spektral talqinidir; tadqiqot bu ehtimollarni alohida tajribalar bilan bir-biridan ajratmaydi.

BET tahlili nimani o‘lchadi?

BET tahlili gaz adsorbsiyasi orqali materialning foydalanish mumkin bo‘lgan solishtirma sirt maydonini baholash uchun ishlatilgan. Har ikki namunada manba Tip-IV adsorbsiya-desorbsiya izotermasi va mezog‘ovak xususiyatni qayd etgan.

Manba ichidagi nomuvofiqlik: BET natijalarini tushuntiruvchi paragraf sirt maydoni uchun standart og‘ishlarni 68,5 ± 1,3 va 54,8 ± 1,1; ekstraktsiz g‘ovak o‘lchami uchun esa 7,9 ± 0,2 deb yozadi. Aniq “mean ± SD, n=3” deb nomlangan 2-jadval esa yuqoridagi qiymatlarni beradi. Verianla ma’lumot jadvalida 2-jadval qiymatlari saqlangan; paragrafdagi farq yashirilmagan.

FTIR tahlili nega faqat MnFe₂O₄ ga emas, o‘simlik ekstraktiga ham o‘tkazildi?

FTIR spektri Curcuma longa ekstraktidagi funksional guruhlarni baholash maqsadida berilgan. Manba 3416 cm⁻¹ polosasini fenolik O-H cho‘zilishiga, 2925 va 2861 cm⁻¹ polosalarini alifatik C-H cho‘zilishlariga bog‘laydi.

1639, 1513, 1423, 1313, 1192, 1053, 873 va 612 cm⁻¹ sohalaridagi polosalar C=O/C=C, aromatik halqa, C-N/C-O va C-O tebranishlari bilan bog‘langan. Mualliflar bu fitokimyoviy funksional guruhlar sintez vaqtida tabiiy qaytaruvchi va barqarorlashtiruvchi funksiyaga hissa qo‘shishini talqin qiladilar.

SEM morfologiyasi nimani ko‘rsatdi?

SEM tasvirlari MnFe₂O₄ ning kuchli aglomeratsiyalangan, biroq o‘zaro bog‘langan, donador va “gulkaramga o‘xshash” to‘plamlar hosil qilganini ko‘rsatadi. Yuqoriroq kattalashtirishda to‘plamlar kvazi-sferik birlamchi nanozarrachalardan tuzilgani va zarrachalar orasida bo‘shliqlar mavjudligi ko‘ringan.

3D sirt topografiyasi yuqori dag‘allik, notekis balandlik taqsimoti va chuqur o‘yiqlarni ko‘rsatadi. Manba bu g‘ovak va dag‘al tuzilmani elektrolitning sirtga kirishini, ion diffuziya yo‘llarini va elektrokimyoviy faol sirtlar sonini oshirishi mumkin bo‘lgan xususiyat sifatida talqin qiladi.

EDX natijalari nimani aytadi?

Manba EDX spektrida Mn, Fe va O dan boshqa qo‘shimcha element cho‘qqilari ko‘rinmaganini va xaritalashda ushbu uch element namuna bo‘ylab bir jinsli taqsimlanganini bildiradi. EDX tahlili bu yerda element tarkibi va fazoviy taqsimotning dalilidir; kristall fazani aniqlash asosan XRD bilan amalga oshirilgan.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Uch elektrodli elektrokimyoviy tizim

CV dagi b-Qiymati va Dunn Tahlili Nimani Ko‘rsatadi?

Manba \(i=av^b\) daraja qonuni va Dunn ajratishidan foydalanib, MnFe₂O₄ zaryad saqlashida ham diffuziya boshqaradigan, ham sirt boshqaradigan jarayonlar mavjudligini; b-qiymati taxminan 0,54-0,55 bo‘lgani uchun diffuziya hissasi muhimligini, skanerlash tezligi oshgani sari hisoblangan kapasitiv hissa ko‘payishini talqin qiladi.

CV egri chiziqlari qanday talqin qilindi?

CV, ya’ni siklik voltammetriya, potensial nazoratli ravishda skanerlanganda elektroddan o‘tuvchi tokni o‘lchashdir. MnFe₂O₄ CV egri chiziqlarida aniq oksidlanish va qaytarilish cho‘qqilari kuzatilgan va manba buni Faradaik redoks reaksiyalarining ko‘rsatkichi sifatida baholagan.

Skanerlash tezligi \(v\) bilan cho‘qqi toki \(i\) orasida manbada ishlatilgan daraja qonuni:

\[ i=a v^b \]

Bu munosabatda \(a\) mutanosiblik doimiysi, \(v\) skanerlash tezligi va \(b\) zaryad saqlash kinetikasi xususiyatini talqin qilish uchun ishlatiladigan daraja ko‘rsatkichidir. Manbada log(i)-log(v) grafigining qiyaligi 7b-rasmda b=0,54, izoh matnida esa taxminan 0,55 deb berilgan; chiziqli moslashuv uchun \(R^2=0.96\) qayd etilgan.

Maqola ishlatgan talqin doirasida b qiymati 0,5 ga yaqinlashgan sari diffuziya boshqaradigan jarayonlar, 1 ga yaqinlashgan sari sirt/kapasitiv jarayonlar ustunligi ortadi. Shu sababli manba MnFe₂O₄ ikkala mexanizm birga mavjud bo‘lgan gibrid saqlash xatti-harakatini ko‘rsatishini va diffuziya hissasi muhimligini bildiradi.

Dunn tenglamasi

Tenglama (4):

\[ i(V)=k_1v+k_2v^{1/2} \tag{4} \]

Formula nimani ajratadi? Muayyan potensialda o‘lchangan jami tokni skanerlash tezligi bilan chiziqli masshtablanadigan sirt/kapasitiv hissa va \(v^{1/2}\) bilan masshtablanadigan diffuziya boshqaradigan hissa sifatida ikki komponentga ajratadi.

\(k_1v\) manbada kapasitiv jarayonlarni, \(k_2v^{1/2}\) esa diffuziya boshqaradigan hissani ifodalaydi. Manba Dunn chiziqli moslashuvi uchun \(R^2=0.98\) ni beradi.

Rasmdagi foizlar yaxlitlangan yorliqlardir va ayrim qatorlarda ikki hissaning yig‘indisi aynan %100 bo‘lmasligi mumkin. Manbaning asosiy tendensiyasi aniq: skanerlash tezligi oshgan sari hisoblangan kapasitiv hissa ortadi, diffuziya hissasi kamayadi.

Tafel tahlili

Manba 7c-rasmdagi Tafel baholashida taxminan \(n\approx4\) ifodasidan foydalanadi va buni tezlikni cheklovchi bosqichda ko‘p elektronli uzatish jarayonining ko‘rsatkichi sifatida talqin qiladi.

Biroq maqola ushbu \(n\) qiymati Tafel qiyaligidan qaysi aniq tenglama va parametrlar bilan hisoblanganini ko‘rsatmaydi. Shu sababli Verianla \(n\approx4\) qiymatini manbada qayd etilgan muallif talqini sifatida saqlaydi va alohida mustaqil elektron soni hisobini yaratmaydi.

Manbada taklif qilingan redoks reaksiyalari

Maqola KOH elektrolitidagi MnFe₂O₄ reaksiyalarini quyidagi sxematik tenglamalar bilan ifodalaydi:

Zaryadlash vaqtida:

\[ MnFe_2O_4+OH^- \rightleftharpoons MnOOH+FeOOH+e^- \]

\[ MnOOH+OH^- \rightleftharpoons MnO_2+H_2O+e^- \]

\[ FeOOH+OH^- \rightleftharpoons FeO_2+H_2O+e^- \]

Zaryadsizlash vaqtida manbada teskari yo‘nalishda berilgan reaksiyalar:

\[ MnO_2+H_2O+e^- \rightleftharpoons MnOOH+OH^- \]

\[ FeO_2+H_2O+e^- \rightleftharpoons FeOOH+OH^- \]

Manbada berilgan umumiy reaksiya:

\[ MnFe_2O_4+OH^- \rightleftharpoons MnO_2+FeO_2+H_2O+e^- \]

Ushbu tenglamalar maqola elektrokimyoviy mexanizmni tushuntirish uchun ishlatgan reaksiya sxemalaridir; tadqiqot oraliq turlarni operando spektroskopiya bilan alohida tasdiqlaydigan mexanizm tajribasini qayd etmaydi.

GCD nima?

Galvanostatik zaryadlash-zaryadsizlash (GCD) — elektrodni doimiy tok ostida zaryadlash va zaryadsizlash orqali potensial-vaqt xatti-harakatini o‘lchashdir. Manba MnFe₂O₄ egri chiziqlarini chiziqli bo‘lmagan va assimetrik, aniq potensial plato sohalariga ega deb ta’riflaydi; buni Faradaik redoks reaksiyalari va “battery-like” xatti-harakatning ko‘rsatkichi sifatida talqin qiladi.

Bu ifoda CV bo‘limidagi “psevdokapasitiv” ta’rif bilan birga o‘qilishi kerak. Manba elektrod ideal ikki qavatli kondensator kabi tutmasligini; sirt boshqaradigan va diffuziya/redoks boshqaradigan jarayonlar birga mavjud bo‘lgan aralash zaryad saqlash xatti-harakatini namoyon etishini ko‘rsatadi.

Solishtirma sig‘im formulasi

Tenglama (5):

\[ C_{sp}=\frac{I_d t_d}{m(v_2-v_1)} \tag{5} \]

Formula nimani hisoblaydi? Faol material massasiga to‘g‘ri keladigan saqlangan zaryadni GCD zaryadsizlanish vaqtidan kelib chiqib solishtirma sig‘im \(C_{sp}\) sifatida hisoblaydi.

O‘zgaruvchilar: \(I_d\) zaryadsizlanish toki, \(t_d\) zaryadsizlanish vaqti, \(m\) nikel ko‘pik ustidagi faol material massasi, \(v_2-v_1\) ishlatilgan potensial oynasi. Tadqiqot solishtirma sig‘imni F/g birlikda beradi.

Energiya zichligi formulasi

Tenglama (6):

\[ E_d=\frac{C_{sp}\Delta V^2}{7.2} \tag{6} \]

Bu yerda \(E_d\) energiya zichligi, \(C_{sp}\) solishtirma sig‘im va \(\Delta V\) potensial oynasidir. Manba energiya zichligini Wh/kg birlikda keltiradi. Tenglamadagi 7,2 koeffitsiyenti ishlatilgan sig‘im va energiya birliklari orasidagi o‘zgartirishning bir qismidir.

Quvvat zichligi formulasi

Tenglama (7):

\[ P_d=\frac{E\times3600}{t_d} \tag{7} \]

\(P_d\) quvvat zichligi, \(E\) manba tenglamasida ishlatilgan energiya zichligi va \(t_d\) zaryadsizlanish vaqti. 3600 koeffitsiyenti soat-sekund aylantirishni o‘z ichiga oladi. Manba quvvat zichligini W/kg birlikda beradi.

Yashil usulda sintez qilingan elektrodning solishtirma sig‘imi tok zichligi oshgani sari 295 F/g dan 68 F/g gacha kamayadi. Manbaning izohiga ko‘ra, yuqori tokda ionlarning faol materialning barcha sohalariga yetib borishi uchun kamroq vaqt qoladi va faol markazlardan foydalanish cheklanadi.

Ekstraktsiz namunaning 1,2 A/g da 82 F/g, 1,4 A/g da 85 F/g ko‘rsatishi kichik nomonoton o‘zgarish bo‘lib, manba rasmida aynan shunday yorliqlangan. Verianla qiymatlarni “silliqroq” ko‘rinishi uchun o‘zgartirmagan.

Uch elektrodli Ragone natijasi

Manba uch elektrodli MnFe₂O₄ elektrodi uchun eng yuqori energiya zichligini 5,91 Wh/kg va unga mos quvvat zichligini 152 W/kg deb qayd etadi. 8b-rasmdagi yuqori quvvat tomonida taxminan 1,37 Wh/kg energiya zichligi 380 W/kg quvvat zichligi bilan juftlangan.

Mualliflar uch elektrodli tizim faol materialning intrinsik elektrokimyoviy xatti-harakatini ko‘rsatishini va to‘liq qurilma darajasidagi energiya zichligi bilan bevosita teng emasligini aniq ta’kidlaydilar.

5000 sikllik barqarorlik

Yashil usulda sintez qilingan MnFe₂O₄ ishchi elektrodi 0,8 A/g da 5000 zaryadlash-zaryadsizlash sikli davomida sinovdan o‘tkazilgan va sikl oxirida boshlang‘ich sig‘imining taxminan %87,3 ini saqlab qolgan.

Ushbu foiz uch elektrodli MnFe₂O₄ elektrod uchun qayd etilgan. Quyida tavsiflangan ikki elektrodli MnFe₂O₄//AC assimetrik qurilma uchun manba ayni 5000 sikllik retention qiymatini bermaydi.

EIS va Nyquist tahlili

Elektrokimyoviy impedans spektroskopiyasi elektrod-elektrolit tizimining chastotaga bog‘liq elektr qarshiligi va reaktiv xatti-harakatini baholash uchun ishlatilgan. Manba Nyquist egri chizig‘i yuqori chastotada yarim doira, past chastotada esa Warburg tipidagi chiziqli sohani ko‘rsatishini bildiradi.

Ekvivalent sxema manbada \(R(C(RW))\) shaklida berilgan. Bu yerda \(R_s\) eritma/ohmik qarshilik, \(R_{ct}\) zaryad uzatish qarshiligi, \(C\) kapasitiv komponent va \(W\) ion diffuziyasi bilan bog‘langan Warburg komponentidir.

Zaryad uzatish qarshiligining 3,19 Ω dan 2,76 Ω gacha kamayishi manba tomonidan elektrod-elektrolit kontakti va zaryad uzatish kinetikasining yaxshilanishi sifatida talqin qilingan. \(R_s\) esa 0,83 Ω dan 0,96 Ω gacha biroz oshgan.

Manba ichidagi EIS nomuvofiqligi: 3-jadval boshlang‘ich \(D_{K^+}\) qiymatini 4,26 × 10^-11 cm²/s deb beradi, darhol yuqoridagi izoh matni esa 4,62 × 10^-11 cm²/s deb yozadi. Yakuniy qiymat har ikki joyda 7,41 × 10^-10 cm²/s. Verianla asosiy jadvalda manba 3-jadval qiymatini saqlagan.

Kaliy ionining diffuziya koeffitsiyenti formulasi

Tenglama (8):

\[ D_{K^+}= \frac{R^2T^2} {2A^2n^4F^4C^2\sigma_w^2} \tag{8} \]

Formula nimani hisoblaydi? Manbaning EIS/Warburg tahlilida K⁺ ionlarining elektrokimyoviy tizimdagi diffuziya koeffitsiyentini hisoblash uchun ishlatilgan.

Manbada berilgan o‘zgaruvchilar: \(A\) elektrod maydoni; \(F=96\,500\ C\,mol^{-1}\) Faraday doimiysi; \(n\) kimyoviy formula birligiga reaksiyada qatnashadigan elektronlar soni; \(R=8.314\ J\,mol^{-1}K^{-1}\) gaz doimiysi; \(T=300\,K\) sinov harorati; \(C\) K⁺ ionlarining molyar konsentratsiyasi; \(\sigma_w\) esa chastota bilan impedansning haqiqiy komponenti orasidagi Warburg munosabatini ifodalovchi koeffitsiyentdir.

Manba ushbu hisobda ishlatilgan \(\sigma_w\) ning raqamli qiymatini, fit oralig‘ini yoki EIS ning aniq chastota chegaralarini jadval shaklida keltirmaydi. Shu sababli Tenglama (8) ning barcha oraliq hisoblarini mustaqil qayta yaratib bo‘lmaydi.

Uch Elektrodli Natija bilan Ikki Elektrodli Assimetrik Superkondensator Natijasi Nega Alohida Talqin Qilinishi Kerak?

Uch elektrodli tizim bitta MnFe₂O₄ ishchi elektrodining intrinsik xatti-harakatini referens va qarshi elektrod yordamida o‘lchasa, ikki elektrodli MnFe₂O₄//faollashtirilgan karbon assimetrik superkondensator musbat va manfiy elektrodlar birgalikda hosil qilgan to‘liq hujayra xatti-harakatini o‘lchaydi; shu sababli 295 F/g elektrod qiymati bilan 79 F/g qurilma qiymati bir xil ko‘rsatkichning bir xil tajriba sharoitidagi takroriy o‘lchovlari emas.

Assimetrik superkondensator qanday qurildi?

Manba ushbu qurilmani MnFe₂O₄ elektrodining amaliy qo‘llanish imkoniyatini baholash maqsadida tayyorlagan. Musbat MnFe₂O₄ elektrodining psevdokapasitiv/Faradaik xatti-harakati bilan manfiy faollashtirilgan karbon elektrodining elektr ikki qavatli xatti-harakatini birgalikda ishlatadigan assimetrik tuzilma ko‘zlangan.

Manbada qurilmaning eng yuqori solishtirma sig‘imi 0,8 A/g da 79 F/g, 2,0 A/g dagi qiymati esa 36 F/g deb qayd etilgan.

ASC Ragone natijalari

Ragone grafigi energiya zichligi bilan quvvat zichligi o‘rtasidagi murosani ko‘rsatadi. Yuqoriroq quvvatda energiya qisqaroq vaqtda uzatilsa, foydalanish mumkin bo‘lgan energiya zichligi kamayishi mumkin. Tadqiqotning ASC qurilmasida 28,24 Wh/kg qiymati 640 W/kg da, 12,89 Wh/kg qiymati esa 1600 W/kg da qayd etilgan.

ASC qurilmasining EIS natijasi

Ikki elektrodli qurilmaning sikldan keyingi Nyquist tahlilida manba:

• \(R_s=1.71\,\Omega\),
• \(R_{ct}=14.33\,\Omega\),
• \(D_{K^+}=4.48\times10^{-10}\,cm^2/s\)

qiymatlarini keltirgan.

ASC qurilmasining \(R_{ct}=14.33\,\Omega\) qiymati bilan uch elektrodli elektrodning sikldan keyingi 2,76 Ω qiymati turli hujayra arxitekturalari va interfeyslarni ifodalaydi. Shu sababli bu ikki sonni o‘zicha bevosita “qurilma yomonroq/yaxshiroq” tarzida taqqoslash kerak emas.

Manba adabiyot taqqoslashida ushbu tadqiqot qayerda turadi?

Ushbu jadval taqqoslash uchun foydali, biroq tok zichliklari, elektrolitlar, sintez usullari va tajriba tizimlari barcha qatorlarda bir xil emas. Shuning uchun faqat eng yuqori F/g qiymatiga qarab usullar orasida nazorat qilinadigan ustunlik tajribasi o‘tkazilgandek talqin qilinmasligi kerak.

Tadqiqot bevosita qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

• Curcuma longa yordamida birgalikda cho‘ktirish usuli bilan kristall spinel MnFe₂O₄ olingan.
• XRD da o‘rtacha kristallit o‘lchami 19,9 nm deb hisoblangan.
• Raman spektri spinel ferrit tuzilmasi bilan bog‘liq tebranish modalarini ko‘rsatgan.
• BET 2-jadval qiymatlariga ko‘ra ekstraktli namunaning sirt maydoni 68,5 ± 1,1 m²/g, ekstraktsiz namunaniki 54,8 ± 1,3 m²/g.
• SEM da g‘ovak va gulkaramga o‘xshash aglomeratsiyalangan tuzilma kuzatilgan.
• EDX da Mn, Fe va O elementlari hamda ularning bir jinsli taqsimoti qayd etilgan.
• Uch elektrodli MnFe₂O₄ elektrodi 0,8 A/g da 295 F/g solishtirma sig‘im ko‘rsatgan.
• Shu elektrod 5000 sikl oxirida taxminan %87,3 sig‘imini saqlagan.
• Uch elektrodli EIS da \(R_{ct}\) 3,19 Ω dan 2,76 Ω gacha kamaygan.
• Ikki elektrodli MnFe₂O₄//AC qurilmasi 0,8 A/g da 79 F/g solishtirma sig‘im ko‘rsatgan.
• ASC qurilmaning eng yuqori qayd etilgan energiya zichligi 28,24 Wh/kg bo‘lib, bu qiymat 640 W/kg quvvat zichligida olingan.

Tadqiqot bevosita qo‘llab-quvvatlamaydigan natijalar

• MnFe₂O₄ elektrodi tijoriy superkondensatorlarda ayni ko‘rsatkichni ta’minlashi ko‘rsatilmagan.
• 295 F/g qiymati to‘liq ikki elektrodli qurilmaning solishtirma sig‘imi emas.
• %87,3 / 5000 sikl natijasi MnFe₂O₄//AC assimetrik qurilma uchun qayd etilmagan.
• Curcuma longa sintezi butun ishlab chiqarish hayotiy siklida klassik usullarga qaraganda pastroq ekologik ta’sirga ega ekani hayotiy sikl tahlili bilan ko‘rsatilmagan.
• Sanoat miqyosida kattalashtirish, katta maydonli elektrod ishlab chiqarish yoki seriyali ishlab chiqarish unumdorligi sinovdan o‘tkazilmagan.
• Uzoq muddatli tijoriy qurilma xavfsizligi, harorat sikllari yoki mexanik chidamlilik baholanmagan.
• BET, GCD va boshqa taqqoslashlar uchun umumiy statistik ahamiyatlilik tahlili keltirilmagan.
• Manbada berilgan redoks reaksiyalaridagi oraliq turlar operando usullar bilan alohida tasdiqlanmagan.
• Tafel bo‘limidagi \(n\approx4\) natijasining aniq hisoblash tenglamasi maqolada ko‘rsatilmagan.

Qayta ishlab chiqarish nuqtayi nazaridan yetarlicha hisobot qilinmagan tafsilotlar

Manba ancha batafsil sintez va elektrod tayyorlash protokolini bergan bo‘lsa-da, ayrim parametrlarni ochiq qoldirgan. NMP erituvchisining aniq hajmi “appropriate amount” deb ifodalangan; sentrifugalash vaqti berilmagan; yuvish soni “several times” deb qoldirilgan; EIS o‘lchovining aniq chastota oralig‘i qayd etilmagan; EIS diffuziya koeffitsiyenti hisobida ishlatilgan \(\sigma_w\) va boshqa oraliq fit qiymatlari jadval shaklida berilmagan.

Bu kamchiliklar usulning umumiy mantiqini yo‘qqa chiqarmaydi, biroq natijalarni boshqa laboratoriyada aynan bir xil protsedura bilan qayta hisoblashni qiyinlashtirishi mumkin.

Kelajak tadqiqot yo‘nalishi

Mualliflar tadqiqot davomida gibrid tizimlar, ommaviy ishlab chiqarish/masshtablash va real qurilmalarga integratsiyaga e’tibor qaratish mumkinligini bildiradilar. Mavjud maqolada laboratoriya miqyosida ikki elektrodli assimetrik qurilma yaratilgan bo‘lsa-da, bu seriyali ishlab chiqarishga tayyor tijoriy superkondensator moduli yoki sanoat jarayonining tasdig‘i emas.

Manba va Usul Haqida Izoh

Asl sarlavha: Spinel MnFe2O4 nanoparticles with improved surface area and charge transfer characteristics for next-generation supercapacitors

Mualliflar va tartibi: Ali Mujtaba; A. F. A. Kadir; Aqsa Saeed; Mohamed Bouzidi; Ghada Ragheb Elnaggar; H. Khan; Faisal Alresheedi.

Mas’ul muallif: H. Khan.

Muassasa 1: International Center for Interdisciplinary Research in Science (ICIRS), The University of Lahore, Lahore 54000, Pakistan.

Muassasa 2: Faculty of Electrical Technology and Engineering, Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Melaka, Malaysia.

Muassasa 3: Department of Chemistry, University of Sahiwal, Sahiwal 57000, Pakistan.

Muassasa 4: Department of Physics, College of Science, University of Ha’il, P.O. Box 2440, Ha’il, Saudi Arabia.

Muassasa 5: Department of Industrial and Systems Engineering, College of Engineering, Princess Nourah bint Abdulrahman University, P.O. Box 84428, Riyadh 11671, Saudi Arabia.

Muassasa 6: Department of Chemistry, University of Somalia, Mogadishu, Banaadir, Somalia.

Muassasa 7: Department of Physics, College of Science, Qassim University, Buraidah 51452, Saudi Arabia.

Jurnal: Journal of Sol-Gel Science and Technology.

Nashriyot: Springer Nature.

Jild / maqola raqami: Volume 120, Article 5 (2026). Manbadagi “120:5” ifodasidagi 5 maqola raqamidir; PDF ichki sahifa raqami emas.

DOI: 10.1007/s10971-026-07250-9

Qabul qilish uchun kelib tushgan sana: 18 Iyun 2026.

Qabul qilingan sana: 15 Sentyabr 2026.

Onlayn nashr sanasi: Rasmiy Springer Nature qaydiga ko‘ra 8 Oktyabr 2026.

Manba turi: Original Paper; tajribaviy nanozarracha sintezi, fizik/kimyoviy tavsiflash va elektrokimyoviy energiya saqlash tadqiqoti.

Taqriz holati: Nashr qilingan Springer Nature jurnal maqolasi / version of record.

Litsenziya: Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0).

Moliyalashtirish: Princess Nourah bint Abdulrahman University researchers supporting project number PNURSP2026R914 ko‘magi qayd etilgan.

Muallif hissalari: Ali Mujtaba: writing-review & editing, investigation; A. F. A. Kadir: supervision; Aqsa Saeed: writing-original draft; Mohamed Bouzidi: formal analysis; Ghada Ragheb Elnaggar: software; H. Khan: data curation, visualization; Faisal Alresheedi: conceptualization.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirgan.

Ma’lumotlar mavjudligi: Manba “No datasets were generated or analyzed during the current study” ifodasidan foydalanadi. Maqola ko‘plab tajribaviy o‘lchov va grafiklarni qayd etsa-da, alohida xom ma’lumotlar to‘plamini ulashmaydi.

Asosiy sintez: 19 g Curcuma longa / 100 mL suv; 30-40 daqiqa qaynatish; 60 mL ekstrakt reaksiya muhiti; 0,3 M Mn(NO₃)₂·4H₂O; 0,6 M Fe(NO₃)₃·9H₂O; Mn/Fe=1:2; 100 °C / 3 soat aralashtirish; 1 M NaOH bilan pH taxminan 11; 5000 rpm sentrifuga; 50 °C / 96 soat quritish; 500 °C / 5 soat tavlash; 5 °C/dak qizdirish tezligi.

Elektrod tayyorlash: MnFe₂O₄:karbon qorasi:PVDF = 80:10:10; NMP suspenziyasi; 1 × 1 cm² Ni ko‘pik; taxminan 3,3 mg/cm² faol material yuklamasi; 60 °C / 12 soat quritish.

Tavsiflash: PANalytical X'Pert PRO XRD, Cu Kα \(\lambda=1.5406 Å\); Renishaw inVia Raman mikroskopi; JEOL JSM-7600F SEM + EDX; BET/N₂ adsorbsiya-desorbsiya; Curcuma longa ekstrakti uchun FTIR.

Elektrokimyo: CHI 660E elektrokimyoviy ish stansiyasi; uch elektrodli 1 M KOH; Ag/AgCl referens elektrod; Pt qarshi elektrod; CV 5-50 mV/s; GCD 0,8-2,0 A/g; EIS chastota oralig‘ining raqamli chegaralari manbada ko‘rsatilmagan.

Ikki elektrodli qurilma: MnFe₂O₄/Ni ko‘pik musbat elektrod || 1 M KOH || faollashtirilgan karbon/Ni ko‘pik manfiy elektrod.

Statistik hisobot: BET o‘lchovlari uch takror sifatida mean ± SD shaklida berilgan. Manba umumiy p qiymati, gipoteza testi yoki ishonch oralig‘i tahlilini keltirmaydi.

Manba ichidagi nomuvofiqliklar: BET paragrafi bilan 2-jadval o‘rtasida standart og‘ish qiymatlari mos kelmaydi; EIS matnidagi 4,62 × 10⁻¹¹ cm²/s boshlang‘ich diffuziya koeffitsiyenti 3-jadvalda 4,26 × 10⁻¹¹ cm²/s deb berilgan; CV b-qiymati rasmda 0,54, matnda taxminan 0,55. Tafel bo‘limidagi \(n\approx4\) talqinining hisoblash tenglamasi alohida qayd etilmagan.