Quantifying the Role of Nanotubes in Nano:Nano Composite Supercapacitor Electrodes

材料科学 超级电容器 电极 碳纳米管 纳米管 电容 纳米片 电解质 电导率 纳米技术 复合数 纳米- 导电体 电阻率和电导率 复合材料 电气工程 工程类 物理化学 化学
作者
Zheng Ling,Andrew Harvey,David McAteer,Ian Godwin,Beata M. Szydłowska,Aideen Griffin,Victor Vega‐Mayoral,Yongchen Song,Andrés Seral‐Ascaso,Valeria Nicolosi,Jonathan N. Coleman
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (8) 被引量:37
标识
DOI:10.1002/aenm.201702364
摘要

Abstract Many promising supercapacitor electrode materials have high resistivity and require conductive additives to function effectively. However, the detailed role of the additive is not understood. Here, this question is resolved by applying a quantitative model for resistance‐limited supercapacitor electrodes to Co(OH) 2 ‐nanosheet/carbon nanotube composites. Without nanotubes, theory predicts and experiments show that while the low‐rate capacitance increases linearly with electrode thickness, the high rate capacitance decreases with thickness due to slow charging. Experiments supported by theory show that nanotube addition has two effects. First, the nanotube network effectively distributes charge, increasing the intrinsic electrode performance to the limit associated with its accessible surface area. Second, at high‐rate, the increased electrode conductivity shifts the rate‐limiting resistance from electrode to electrolyte, thus removing the thickness‐dependent capacitance falloff. Furthermore, the analysis quantifies the out‐of‐plane conductivity of the nanotube network, identifies the cross‐over from resistance‐limited to diffusion‐limited behavior, and allows full electrode modeling, facilitating rational design.
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