Synthesis of Capsule-like Porous Hollow Nanonickel Cobalt Sulfides via Cation Exchange Based on the Kirkendall Effect for High-Performance Supercapacitors

材料科学 柯肯德尔效应 超级电容器 硫化钴 多孔性 电化学 化学工程 电极 胶囊 纳米技术 复合材料 电容 冶金 化学 物理化学 植物 生物 工程类
作者
Yongfu Tang,Shunji Chen,Shichun Mu,Teng Chen,Yuqing Qiao,Shengxue Yu,Faming Gao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:8 (15): 9721-9732 被引量:138
标识
DOI:10.1021/acsami.6b01268
摘要

To construct a suitable three-dimensional structure for ionic transport on the surface of the active materials for a supercapacitor, porous hollow nickel cobalt sulfides are successfully synthesized via a facile and efficient cation-exchange reaction in a hydrothermal process involving the Kirkendall effect with γ-MnS nanorods as a sacrificial template. The formation mechanism of the hollow nickel cobalt sulfides is carefully illustrated via the tuning reaction time and reaction temperature during the cation-exchange process. Due to the ingenious porous hollow structure that offers a high surface area for electrochemical reaction and suitable paths for ionic transport, porous hollow nickel cobalt sulfide electrodes exhibit high electrochemical performance. The Ni1.77Co1.23S4 electrode delivers a high specific capacity of 224.5 mAh g–1 at a current density of 0.25 A g–1 and a high capacity retention of 87.0% at 10 A g–1. An all-solid-state asymmetric supercapacitor, assembled with a Ni1.77Co1.23S4 electrode as the positive electrode and a homemade activated carbon electrode as the negative electrode (denoted as NCS//HMC), exhibits a high energy density of 42.7 Wh kg–1 at a power density of 190.8 W kg–1 and even 29.4 Wh kg–1 at 3.6 kW kg–1. The fully charged as-prepared asymmetric supercapacitor can light up a light emitting diode (LED) indicator for more than 1 h, indicating promising practical applications of the hollow nickel cobalt sulfides and the NCS//HMC asymmetric supercapacitor.
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