Sulfur‐Deficient Bismuth Sulfide/Nitrogen‐Doped Carbon Nanofibers as Advanced Free‐Standing Electrode for Asymmetric Supercapacitors

超级电容器 材料科学 碳纳米纤维 硫黄 电极 硫化物 碳纤维 纳米技术 无机化学 电容 碳纳米管 化学 复合材料 复合数 冶金 物理化学
作者
Wei Zong,Feili Lai,Guanjie He,Jianrui Feng,Wei Wang,Ruqian Lian,Yue‐E Miao,Gui‐Chang Wang,Ivan P. Parkin,Tianxi Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:14 (32) 被引量:141
标识
DOI:10.1002/smll.201801562
摘要

Abstract The use of free‐standing carbon‐based hybrids plays a crucial role to help fulfil ever‐increasing energy storage demands, but is greatly hindered by the limited number of active sites for fast charge adsorption/desorption processes. Herein, an efficient strategy is demonstrated for making defect‐rich bismuth sulfides in combination with surface nitrogen‐doped carbon nanofibers (dr‐Bi 2 S 3 /S‐NCNF) as flexible free‐standing electrodes for asymmetric supercapacitors. The dr‐Bi 2 S 3 /S‐NCNF composite exhibits superior electrochemical performances with an enhanced specific capacitance of 466 F g −1 at a discharge current density of 1 A g −1 . The high performance of dr‐Bi 2 S 3 /S‐NCNF electrodes originates from its hierarchical structure of nitrogen‐doped carbon nanofibers with well‐anchored defect‐rich bismuth sulfides nanostructures. As modeled by density functional theory calculation, the dr‐Bi 2 S 3 /S‐NCNF electrodes exhibit a reduced OH − adsorption energy of ‐3.15 eV, compared with that (–3.06 eV) of defect‐free bismuth sulfides/surface nitrogen‐doped carbon nanofiber (df‐Bi 2 S 3 /S‐NCNF). An asymmetric supercapacitor is further fabricated by utilizing dr‐Bi 2 S 3 /S‐NCNF hybrid as the negative electrode and S‐NCNF as the positive electrode. This composite exhibits a high energy density of 22.2 Wh kg −1 at a power density of 677.3 W kg −1 . This work demonstrates a feasible strategy to construct advanced metal sulfide‐based free‐standing electrodes by incorporating defect‐rich structures using surface engineering principles.
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