Conductive polymer intercalated vanadium oxide on carbon cloth for fast ammonium-ion storage in supercapacitor applications

超级电容器 材料科学 氧化钒 化学工程 无机化学 氧化物 导电聚合物 电化学 阴极 聚合物 氢气储存 化学 复合材料 电极 冶金 工程类 物理化学 合金
作者
Xingyu Chen,Peng Wang,Ziying Feng,Changgong Meng,Yifu Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:445: 136747-136747 被引量:68
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.136747
摘要

Polymer-intercalated vanadium oxide hydrate (VOH) coated on the activated carbon cloth (ACC) as the binder-free ACC@VPP electrode exhibits the excellent NH 4 + -storage performances. • PEDOT/PSS intercalated vanadium oxide hydrate (VOH) is reported for NH 4 + storage. • PEDOT/PSS effectively increases the interlayer distance of VOH. • The binder-free electrode delivers a specific capacitance of 511 F·g −1 at 0.5 A·g −1 . • The insertion/extraction of NH 4 + is accompanied by hydrogen bond formation/fracture. Aqueous energy storage systems based on ammonium-ion (NH 4 + ) as charge carrier have attracted increasing interest owing to their great potential for large-scale application. Developing suitable cathodes (especially binder-free electrodes) for excellent NH 4 + storage is still in their infancy. Herein, a binder-free ACC@VPP electrode, activated carbon cloth (ACC) coated by polymer-intercalated vanadium oxide hydrate (VOH), is demonstrated to be an effective cathode to store NH 4 + for the first time. The polymer not only expands V-O interlayer space facilitating rapid ion diffusion, but also benefits VPP coated on ACC. The reversible (de)insertion of NH 4 + is along with hydrogen-bond fracture/formation between NH 4 + and V-O layers, ensuring encouraging electrochemical properties: a high superior capacitance of 511 F·g −1 (170 mAh·g −1 ) at 0.5 A·g −1 and durable lifetime over 10,000 cycles. The achieved performances exceed the state-of-the-art NH 4 + -hosting materials. Assembled flexible quasi-solid-state hybrid supercapacitor (QSS HSC) device delivers an areal capacitance of 411 mF·cm −2 and energy density of 3.2 Wh·m −2 at 1 mA·cm −2 . The performances of the QSS HSC devices in different deformation, series and parallel states show greatly potential practicability in the wearable energy supply. This contribution elucidates a new view to design binder-free electrodes for high-performance aqueous NH 4 + -SCs.
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