Work-function-induced interfacial built-in electric field optimized electronic structure of V-CoSx@NiTe as high capacity and robust electrode for supercapacitors

材料科学 纳米棒 超级电容器 光电子学 电极 纳米技术 工作职能 无定形固体 异质结 电容 化学 结晶学 图层(电子) 物理化学
作者
Ke Zhang,En-hui Yang,Yufeng Zheng,Siyuan Wang,Y. Xie,Jinxi Chen,Yongbing Lou,Lili Song
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:480: 148030-148030
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.148030
摘要

The pursuit of achieving high energy density and exceptional stability in supercapacitors presents both allure and challenge. Herein, we strategically engineered hierarchical V-CoSx@NiTe core-shell heterojunction nanorod arrays, with V-doped amorphous CoSx nanosheets as the shell and one-dimensional (1D) NiTe nanorods as the core on nickel foam (NF). Theoretical computations elucidated the disparate intrinsic work functions of V-CoSx and NiTe, culminating in a robust built-in electric field at the interface. This field orchestrated interfacial charge distribution, expediting electron transport and optimizing OH– adsorption. V doping enhanced electronic states density at the Fermi energy level of CoSx and introduced new reaction sites. Additionally, the good hydrophilic properties and unique hierarchical core-shell morphology of the amorphous V-CoSx@NiTe/NF electrodes were favorable for increasing the specific surface area, improving the structural stability and facilitating the diffusion of OH–. Consequently, V-CoSx@NiTe/NF attained an impressive areal capacitance of 10.52 F cm−2 at 2 mA cm−2, preserving energy storage performance, morphology, and composition across 15,000 cycles. An asymmetric supercapacitor (ASC) device constructed with V-CoSx@NiTe/NF as the positive electrode and commercial activated carbon (AC) as the negative electrode exhibited energy (power) density of 0.42 mWh cm−2 (1.63 mW cm−2), and maintained ∼100 % capacity after 10,000 cycles. Significantly, a single device powered both a fan and a light bulb, while two devices in series illuminated a blue light-emitting diode (LED) for up to 2 h. This investigation introduces an innovative strategy for designing high-performance supercapacitor anode materials.
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