High Volumetric Energy Density Supercapacitor of Additive-Free Quantum Dot Hierarchical Nanopore Structure

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作者
Muhammad Alief Irham,Ricky Dwi Septianto,Retno Dwi Wulandari,Yutaka Majima,Ferry Iskandar,Yoshihiro Iwasa,Satria Zulkarnaen Bisri
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (19): 24889-24898 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsami.4c02517
摘要

The high surface-area-to-volume ratio of colloidal quantum dots (QDs) positions them as promising materials for high-performance supercapacitor electrodes. However, the challenge lies in achieving a highly accessible surface area, while maintaining good electrical conductivity. An efficient supercapacitor demands a dense yet highly porous structure that facilitates efficient ion–surface interactions and supports fast charge mobility. Here we demonstrate the successful development of additive-free ultrahigh energy density electric double-layer capacitors based on quantum dot hierarchical nanopore (QDHN) structures. Lead sulfide QDs are assembled into QDHN structures that strike a balance between electrical conductivity and efficient ion diffusion by employing meticulous control over inter-QD distances without any additives. Using ionic liquid as the electrolyte, the high-voltage ultrathin-film microsupercapacitors achieve a remarkable combination of volumetric energy density (95.6 mWh cm–3) and power density (13.5 W cm–3). This achievement is attributed to the intrinsic capability of QDHN structures to accumulate charge carriers efficiently. These findings introduce innovative concepts for leveraging colloidal nanomaterials in the advancement of high-performance energy storage devices.
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