Metal–Organic Framework Derived Spindle-like Carbon Incorporated α-Fe2O3 Grown on Carbon Nanotube Fiber as Anodes for High-Performance Wearable Asymmetric Supercapacitors

超级电容器 材料科学 电容 阳极 电流密度 碳纳米管 阴极 电极 化学工程 纳米技术 电化学 光电子学 化学 量子力学 物理 工程类 物理化学
作者
Zhenyu Zhou,Qichong Zhang,Juan Sun,Bing He,Jiabin Guo,Qiulong Li,Chaowei Li,Liyan Xie,Yagang Yao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (9): 9333-9341 被引量:288
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b04336
摘要

Iron oxide (Fe2O3) has drawn much attention because of its high theoretical capacitance, wide operating potential window, low cost, natural abundance, and environmental friendliness. However, the inferior conductivity and insufficient ionic diffusion rate of a simple Fe2O3 electrode leading to the low specific capacitance and poor rate performance of supercapacitors have impeded its applications. In this work, we report a facile and cost-effective method to directly grow MIL-88-Fe metal-organic framework (MOF) derived spindle-like α-Fe2O3@C on oxidized carbon nanotube fiber (S-α-Fe2O3@C/OCNTF). The S-α-Fe2O3@C/OCNTF electrode is demonstrated with a high areal capacitance of 1232.4 mF/cm2 at a current density of 2 mA/cm2 and considerable rate capability with capacitance retention of 63% at a current density of 20 mA/cm2 and is well matched with the cathode of the Na-doped MnO2 nanosheets on CNTF (Na-MnO2 NSs/CNTF). The electrochemical test results show that the S-α-Fe2O3@C/OCNTF//Na-MnO2 NSs/CNTF asymmetric supercapacitors possess a high specific capacitance of 201.3 mF/cm2 and an exceptional energy density of 135.3 μWh/cm2. Thus, MIL-88-Fe MOF derived S-α-Fe2O3@C will be a promising anode for applications in next-generation wearable asymmetric supercapacitors.

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