Sodium‐Intercalated Manganese Oxides for Achieving Ultra‐Stable and Fast Charge Storage Kinetics in Wide‐Voltage Aqueous Supercapacitors

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作者
Zhongyou Peng,Shulong Li,Yuting Huang,Junxi Guo,Licheng Tan,Yiwang Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (46) 被引量:51
标识
DOI:10.1002/adfm.202206539
摘要

Abstract Nanostructured birnessite with tunneled structures and nearly ideal capacitive behaviors are attractive as electrode material for aqueous asymmetric supercapacitors (ASCs). However, their practical application is hindered by inadequate structural stability, sluggish reaction kinetics, and the lack of deeper understanding of electrochemical mechanisms. Herein, oxygen defect modulated sodium‐intercalated manganese oxides (Na 0.55 Mn 2 O 4‐ x ·1.5H 2 O, abbreviated as NMO x ) with intercalating sodium ions and water crystals are massively fabricated, which can enable fast diffusion of cations and good structural stability. Systematical in situ and ex situ characterizations verify that the preeminent capacitive charge storage of NMO x is governed by interlayer cation intercalation and deintercalation, accompanied by interlayer spacing expansion/contraction. Subsequently, a horizontally oriented carbon nanotube microfilm with outstanding electrical conductivity and electrolyte wettability is reported for aqueous ASCs, which exhibits a wide operating voltage (2.4 V), a high energy density of 88.9 W h kg −1 , and a superb cycle performance (92.7% retention after 50 000 cycles). Furthermore, a flexible planar ASC is prepared with landmark volumetric energy/power densities (60.2 mW h cm −3 , 23.7 W cm −3 ), and excellent mechanical flexibility. This study provides not only an effective approach to fabricate tailoring structure and remarkable electrochemical properties of birnessite material, but also a deeper understanding of the charge storage mechanisms.
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