Achieving Ultrahigh Energy Densities of Supercapacitors with Porous Titanium Carbide/Boron‐Doped Diamond Composite Electrodes

材料科学 超级电容器 复合数 电解质 电极 化学气相沉积 化学工程 钻石 复合材料 钛 碳化钛 冶金 电容 纳米技术 化学 物理化学 工程类
作者
Jing Xu,Nianjun Yang,Steffen Heuser,Siyu Yu,Anna Schulte,Holger Schönherr,Xin Jiang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (17) 被引量:85
标识
DOI:10.1002/aenm.201803623
摘要

Abstract The energy densities of most supercapacitors (SCs) are low, hindering their practical applications. To construct SCs with ultrahigh energy densities, a porous titanium carbide (TiC)/boron‐doped diamond (BDD) composite electrode is synthesized on a titanium plate that is pretreated using a plasma electrolytic oxidation (PEO) technique. The porous and nanometer‐thick TiO 2 layer formed during PEO process prevents the formation of brittle titanium hydride and enhances the BDD growth during chemical vapor deposition processes. Meanwhile, the in situ conversion of TiO 2 into TiC is achieved. Combination of this capacitor electrode with soluble redox electrolytes leads to the fabrication of high‐performance SCs in both aqueous and organic solutions. In 0.05 m Fe(CN) 6 3−/4− + 1 m Na 2 SO 4 aqueous solution, the capacitance is as high as 46.3 mF cm −2 at a current density of 1 mA cm −2 ; this capacitance remains 92% of its initial value even after 10 000 charge/discharge cycles; the energy density is up to 47.4 Wh kg −1 at a power density of 2236 W kg −1 . The performance of constructed SCs is superior to most available SCs and some electrochemical energy storage devices like batteries. Such a porous capacitor electrode is thus promising for the construction of high‐performance SCs for practical applications.
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