Optimized Fabrication of Bimetallic ZnCo Metal–Organic Framework at NiCo-Layered Double Hydroxides for Multiple Storage and Capability Synergy All-Solid-State Supercapacitors

材料科学 层状双氢氧化物 超级电容器 双金属片 电容 电化学 化学工程 储能 电极 纳米技术 氢氧化物 纳米线 金属 冶金 功率(物理) 物理 工程类 物理化学 化学 量子力学
作者
Aya M. Mohamed,Doha M. Sayed,Nageh K. Allam
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (13): 16755-16767 被引量:54
标识
DOI:10.1021/acsami.3c00087
摘要

Rational design and structural regulation of hybrid nanomaterials with superior electrochemical performance are crucial for developing sustainable energy storage platforms. Among these materials, NiCo-layered double hydroxides (NiCo-LDHs) demonstrate an exceptional charge storage capabilities owing to their tunable 2D lamellar structure, large interlayer spacing, and rich redox electrochemically active sites. However, NiCo-LDHs still suffer from sever agglomeration of their particles with limited charge transfer rates, resulting in an inadequate rate capability. In this study, bimetallic ZnCo-metal organic framework (MOF) tripods were grown on the surface of NiCo-LDH nanowires, which significantly reduced the self-agglomeration and stacking of the NiCo-LDH nanowire arrays, offering more accessible active sites for charge transfer and shortening the path for ion diffusion. The fabricated hybrid ZnCo-MOF@NiCo-LDH and its individual counterparts were tested as supercapacitor electrodes. The ZnCo-MOF@NiCo-LDH electrode demonstrated a remarkable specific capacitance of 1611 F g-1 at 2 A g-1 with an enhanced rate capability of 66% from 2 to 20 A g-1. Moreover, an asymmetric all solid-state supercapacitor device was constructed using ZnCo-MOF@NiCo-LDH and palm tree-derived activated carbon (P-AC) as positive and negative poles, respectively. The constructed device can store a high specific energy of 44.5 Wh Kg-1 and deliver a specific power of 876.7 W Kg-1 with outstanding Columbic efficiency over 10,000 charging/discharging cycles at 15 A g-1.
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