Topochemistry‐Driven Synthesis of Transition‐Metal Selenides with Weakened Van Der Waals Force to Enable 3D‐Printed Na‐Ion Hybrid Capacitors

材料科学 超级电容器 离子 范德瓦尔斯力 化学物理 电容器 纳米技术 分子 电容 物理化学 电极 电压 化学 有机化学 量子力学 物理
作者
Wei Zong,Hele Guo,Yu Ouyang,Lulu Mo,Chunyang Zhou,Guojie Chao,Johan Hofkens,Yang Xu,Wei Wang,Yue‐E Miao,Guanjie He,Ivan P. Parkin,Feili Lai,Tianxi Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (13) 被引量:89
标识
DOI:10.1002/adfm.202110016
摘要

Abstract Hybrid capacitors exhibit promise to bridge the gap between rechargeable high‐energy density batteries and high‐power density supercapacitors. This separation is due to sluggish ion/electron diffusion and inferior structural stability of battery‐type materials. Here, a topochemistry‐driven method for constructing expanded 2D rhenium selenide intercalated by nitrogen‐doped carbon hybrid (E‐ReSe 2 @INC) with a strong‐coupled interface and weak van der Waals forces, is proposed. X‐ray absorption spectroscopy analysis dynamically tracks the transformation from ReO into ReC bonds. The bridging bonds act as electron transport channels to enable improved conductivity and accelerated reaction kinetics. The expanded interlayer‐spacing of ReSe 2 layer by INC facilitates ion diffusion and ensures structural stability. As expected, the E‐ReSe 2 @INC achieves an improved rate capability (252.5 mAh g −1 at 20 A g −1 ) and long‐term cyclability (89.6% over 3500 cycles). Moreover, theoretical simulations reveal the favorable Na + storage kinetics can be ascribed to its low bonding energy of −0.06 eV and diffusion barrier of 0.08 eV for sodium ions. Additionally, it is demonstrated that 3D printed sodium‐ion hybrid capacitors deliver high energies/power densities of 81.4 Wh kg −1 /0.32 mWh cm −2 and 9992.1 W kg −1 /38.76 mW cm −2 , as well as applicability in a wide temperature range.
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