A generalized one-step in situ formation of metal sulfide/reduced graphene oxide nanosheets toward high-performance supercapacitors

超级电容器 材料科学 石墨烯 硫化钴 氧化物 硫化物 电容 电化学 电极 化学工程 碳纤维 纳米技术 金属 复合数 复合材料 冶金 化学 物理化学 工程类
作者
Kaiyang Zhang,Yuanhao Wei,Jun Huang,Yingbo Xiao,Weizu Yang,Ting Hu,Kai Yuan,Yiwang Chen
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Science+Business Media]
卷期号:63 (10): 1898-1909 被引量:47
标识
DOI:10.1007/s40843-020-1371-y
摘要

Metal sulfides are promising candidates for supercapacitors, but their slow reaction kinetics hinders their electrochemical performance. Large electrochemical surface area and combination with conductive carbon are potential methods to improve their capacitive performance. However, seeking for a generalized and simple approach to prepare two-dimensional composites of metal sulfide and conductive carbon for supercapacitors is challengeable. Herein, a generalized and facile one-step pyrolysis method was designed for in situ growth of cobalt nickel sulfides (CoNi2S4) on reduced graphene oxide (rGO) nanosheets (CoNi2S4/rGO) under mild conditions. The as-prepared CoNi2S4/rGO materials possess the nanoparticles-on-nanosheets structure, which is effective to provide a myriad of active sites and optimized electron/ion diffusion pathway. Benefiting from those advantages, the resultant CoNi2S4/rGO electrodes exhibit impressed specific capacitances of 1526 and 988 F g−1 at 2 and 20 A g−1, respectively. The supercapacitors based on CoNi2S4/rGO showcase an operation potential window of 1.6 V, and energy density of 54.8 W h kg−1 at the power density of 798 W kg−1. The capacitance retention of the supercapacitor is about 93.7% after 8000 cycles at 3 A g−1. Moreover, a series of metal sulfide/rGO hybrids are obtained by this generalized strategy, which could be extended to construct electrode materials for various energy devices.

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