Enhancing quantum capacitance of iron sulfide supercapacitor through defect-engineering: A first-principles calculation

超级电容器 电容 硫化铁 掺杂剂 硫化物 材料科学 阳极 兴奋剂 量子电容 化学 光电子学 电极 冶金 物理化学 硫黄
作者
Muhammad Alief Irham,Fahdzi Muttaqien,Satria Zulkarnaen Bisri,Ferry Iskandar
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:449: 142235-142235 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2023.142235
摘要

Quantum capacitance (CQ) has recently emerged as a solution for the saturated growth of supercapacitor performances. The CQ depends on the density of states of the electrode materials, which could be tuned by several approaches (i.e., introducing dopants). In this case, a transition metal sulfide material with a narrow band gap, such as hexagonal iron sulfide (h-FeS), has enormous advantages. In this study, we predict p-type defect importance in the h-FeS structure on capacitance enhancement through the quantum capacitance mechanism. From the first-principle calculation, the Cr-doped h-FeS (FeS:Cr) anode results in integrated quantum capacitance (CQint) of 1043 F/g, or 27 times more than pristine h-FeS. From the formation energy calculation, the Cr-doped structure has a lot of stable charged states enabling additional redox-related capacitance. As dopant concentration increased, the CQint is found to increase but then saturate due to delocalized state appearances. These findings imply that a first-principles understanding is essential to predict the enhanced capacitance properties on h-FeS and TMS supercapacitors.
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