Freestanding Binder-Free Electrodes with Nanodisk-Needle-like MnCuCo-LTH and Mn1Fe2S2 Porous Microthorns for High-Performance Quasi-Solid-State Supercapacitors

超级电容器 材料科学 电容 储能 乙烯醇 多孔性 准固态 纳米技术 电极 电解质 化学工程 比能量 复合材料 功率(物理) 量子力学 色素敏化染料 物理 工程类 物理化学 化学 聚合物
作者
Sung Jae Kim,Vikas Sharma,Tolendra Kshetri,Nam Hoon Kim,Joong Hee Lee
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (10): 12523-12537 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsami.1c23945
摘要

Transition-metal-based layered triple hydroxides (LTHs) are evolving as potential positrode candidates for high-performance supercapacitors; however, their phase stabilization is still critical. Alongside, the availability of limited negatrodes pushes research toward exploring novel alternatives in order to minimize performance limitation issues in the fabricated supercapacitors. Herein, a facile strategy for stabilizing freestanding MnCuCo-LTH-based positrode possessing intermingled nanodisk-needle-like morphology is reported. Alongside, novel high-surface-area negatrodes based on Mn 1 Fe 2 S 2 exhibiting porous microthorn-like morphology are also optimized. MnCuCo_LTH and Mn 1 Fe 2 S 2 exhibit remarkably high specific capacities of ∼494 mAh g –1 (∼2540 F g –1 ) and ∼429 mAh g –1 (∼1546 F g –1 ), respectively, at 1 A g –1 . The fabricated quasi-solid-state supercapacitor equipped with a poly(vinyl alcohol) (PVA)–KOH gel electrolyte displays a high specific capacity of ∼144 mAh g –1 and a specific capacitance of ∼325 F g –1 at 1 A g –1 . The ultrahigh energy cum power traits of ∼105 Wh kg –1 (1 A g –1 ) and ∼8370 W kg –1 (at 10 A g –1 ) establish an asymmetric supercapacitor as a high-performance energy storage device. This device shows an appreciably high cycling life with a capacitance retention of ∼93% after 10 000 consecutive cycles, at 10 A g –1 . This approach provides a neoteric foresight for developing high-performance advanced energy storage devices equipped with cheaper and eco-friendly components.
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