Electrochemical Charge Storage Behavior of Various NiCo2S4 Hierarchical Microstructures

材料科学 超级电容器 电化学 电容 扩散 氧化还原 微观结构 化学工程 纳米技术 电极 物理 物理化学 化学 热力学 复合材料 冶金 工程类
作者
Xing Chen,Chunfeng He,Weiguo Wang,Tian Bai,Gaofei Xue,Meidan Ye
出处
期刊:Physical review applied [American Physical Society]
卷期号:15 (6) 被引量:6
标识
DOI:10.1103/physrevapplied.15.064042
摘要

The micro- and/or nanostructures of electrode materials play an essential role in their electrochemical performance, and the further understanding of their electrochemical behavior is vitally important for the rational design of high-performance electrochemical energy storage devices (EESDs). Herein, four types of ${\mathrm{Ni}\mathrm{Co}}_{2}{\mathrm{S}}_{4}$ hierarchical microstructures (HMSs; i.e., sphere-, hat-, brush-, and flowerlike HMSs) assembled from similar hollow nanoneedle building blocks are specially synthesized via a multistep strategy. A series of electrochemical analyses are performed to investigate the structure-activity relationship of these ${\mathrm{Ni}\mathrm{Co}}_{2}{\mathrm{S}}_{4}$ electrodes. The four ${\mathrm{Ni}\mathrm{Co}}_{2}{\mathrm{S}}_{4}$ electrodes all exhibit hybrid electrochemical characteristics combined with the adsorption and diffusion-controlled process of Faradaic redox reaction kinetics. Notably, the brushlike ${\mathrm{Ni}\mathrm{Co}}_{2}{\mathrm{S}}_{4}$ electrode displays the best specific capacitance (capacity) of 1684 F g (234 mAh g) at 1 A g, and retains 91% of its initial performance after 10 000 cycles, which is mainly due to its well-ordered three-dimensional microstructure with sufficient surface reaction sites, fast charge transport, and efficient ion diffusion properties. The resulting hybrid supercapacitor delivers a high energy density of 2667 mWh kg with a power density of 240 W kg and is able to light up light-emitting diodes. Furthermore, the comparative electrochemical analysis of dynamic responses in different electrodes is helpful to further understand their charge-discharge mechanism and provide basic guidance to fabricate efficient electrodes for EESDs.

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