Mo-doped MnO2@CC electrode for high-performance 2.4 V aqueous asymmetric supercapacitors

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作者
Zhihu Pan,Ling Jin,Chenghao Yang,Xiaohong Ji,Meilin Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:470: 144084-144084 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.144084
摘要

Despite many advantages of supercapacitors based on aqueous electrolytes, the inherently low operating voltage severely limits their energy density and practical applicability to many applications. Thus, it is a key scientific challenge to broaden the potential window of electrode materials for supercapacitors. Here we report our findings in tailoring the Fermi level of MnO2-based electrode by doping with a high-valence Mo6+ ion, thus modulating its overpotential in aqueous electrolytes and potential window. For example, the redox potential of Mo-doped MnO2 is effectively increased, resulting in a wider potential window. When grown on a carbon support, the specific capacitance of Mo-doped MnO2@CC with a mass loading of 15.1 mg cm−2 reaches 3.22 F cm−2 in a wide potential window of 1.2 V. The enhanced performance is attributed to the additional redox behavior induced by the Mo dopant, as confirmed by in situ Raman and ex-situ XPS analyses. When coupled with a C-Ti3C2Tx/WO3@CC negative electrode to construct an ASC with a total mass loading of 35.8 mg cm−2, the ASC exhibits a wide voltage window of 2.4 V, demonstrating a remarkable energy density of 0.89 mWh cm−2 at a power density of 2.56 mW cm−2. In addition, the device is operational in a wide operating temperature range of −10 to 50 °C, and a voltage of ∼ 58% is retained after self-discharge for 48 h. This work provides some new insights into the development of aqueous ASC devices of commercial-grade mass loadings with high output voltage, high energy density, and slow self-discharge rates.
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