Boosting the Energy Density of Bowl‐Like MnO2@Carbon Through Lithium‐Intercalation in a High‐Voltage Asymmetric Supercapacitor with “Water‐In‐Salt” Electrolyte

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作者
Yudan Qian,Zhiming Zhou,Qingcheng Zhang,Huaping Zhao,Heng Chen,Jintong Han,Haiting Wan,Huile Jin,Shun Wang,Yong Lei
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (35): e2310037-e2310037 被引量:31
标识
DOI:10.1002/smll.202310037
摘要

Highly concentrated "'water-in-salt"' (WIS) electrolytes are promising for high-performance energy storage devices due to their wide electrochemical stability window. However, the energy storage mechanism of MnO2 in WIS electrolytes-based supercapacitors remains unclear. Herein, MnO2 nanoflowers are successfully grown on mesoporous bowl-like carbon (MBC) particles to generate MnO2/MBC composites, which not only increase electroactive sites and inhibit the pulverization of MnO2 particles during the fast charging/discharging processes, but also facilitate the electron transfer and ion diffusion within the whole electrode, resulting in significant enhancement of the electrochemical performance. An asymmetric supercapacitor, assembled with MnO2/MBC and activated carbon (AC) and using 21 m LiTFSI solution as the WIS electrolyte, delivers an ultrahigh energy density of 70.2 Wh kg-1 at 700 W kg-1, and still retains 24.8 Wh kg-1 when the power density is increased to 28 kW kg-1. The ex situ XRD, Raman, and XPS measurements reveal that a reversible reaction of MnO2 + xLi+ + xe-↔LixMnO2 takes place during charging and discharging. Therefore, the asymmetric MnO2/MBC//AC supercapacitor with LiTFSI electrolyte is actually a lithium-ion hybrid supercapacitor, which can greatly boost the energy density of the assembled device and expand the voltage window.
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