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 碳化钛 冶金 电容 纳米技术 工程类 物理化学 化学
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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