NiCo2O4/NiCo Layered Double Oxide Heterojunction Nanocomposite as a Cathode Material for Supercapacitors

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作者
Yi Gao,Ping Cao,Bin Cai,Ruixiang Xu,Hao Gu,Jingwei Zhou,Yuxin Sun,Junlai Jiang,Fei Yu
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (18): 9448-9459 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsanm.5c01063
摘要

NiCo oxides are used as one of the cathode materials for supercapacitors, but their low conductivity and low stability are limited in practical applications. This study successfully fabricated a nanoflower-structured heterojunction composite (NiCo2O4/NiCo-LDO) by integrating NiCo layered double oxide (NiCo-LDO) and NiCo2O4 using a combined strategy of hydrothermal synthesis, electrodeposition, and calcination. The specific capacitances of the three electrodes, NiCo2O4, NiCo2O4/NiCo-LDH, and NiCo2O4/NiCo-LDO, at current densities of 6 mA cm–2 were 2.15 F cm–2, 2.18 F cm–2, and 3.85 F cm–2, with NiCo2O4/NiCo-LDO performing the best. The asymmetric supercapacitor fabricated using this cathode exhibited a maximum energy density of 0.48 mWh cm–2 and a power density of 40 mW cm–2 while maintaining 81.03% capacitance retention after 5000 cycles. The morphological structures of NiCo2O4, NiCo-LDH, and NiCo-LDO have been analyzed by finite element simulations under stress, and it has been demonstrated that the stability of the nanoflower structure of NiCo-LDO is due to the presence of uniformly distributed internal stresses. Based on first-principles calculations, the band structures and density of states of NiCo2O4, NiCo-LDH, NiCo-LDO, NiCo2O4/NiCo-LDH, and NiCo2O4/NiCo-LDO were analyzed. The results indicate that after the hydrogen atoms within NiCo-LDH escape, an in situ transformation to NiCo-LDO occurs, resulting in a reduction of the bandgap from 1.46 to 0.52 eV, significantly enhancing the electrochemical performance. Furthermore, the bandgap of the heterojunction formed by NiCo-LDO and NiCo2O4 narrows to 0.14 eV, demonstrating the superior electron transfer capability of the NiCo-LDO and NiCo2O4-based heterojunction.
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