Magnesium-regulated oxygen vacancies of cobalt-nickel layered double hydroxide nanosheets for ultrahigh performance asymmetric supercapacitors

材料科学 超级电容器 氧气 化学工程 重量分析 氢氧化物 电极 电解质 电化学 无机化学 层状双氢氧化物 化学 有机化学 物理化学 冶金 工程类
作者
Guolang Zhou,Xiaoliang Gao,Shizheng Wen,Xing‐Long Wu,Lili Zhang,Tianshi Wang,Pusu Zhao,Jingzhou Yin,Wenshuai Zhu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:612: 772-781 被引量:71
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.12.087
摘要

Rational design of layered double hydroxide (LDH) electrodes is of great significance for high-performance supercapacitors (SCs). Herein, ultrathin cobalt-nickel-magnesium layered double hydroxide (CoNiMg-LDH) nanosheets with plentiful oxygen vacancies are synthesized via sacrificial magnesium-based replacement reaction at room temperature. Self-doping and mild reduction of magnesium can significantly increase the concentration of oxygen vacancies in CoNiMg-LDH, which promotes the electrochemical charge transfer efficiency and enhances the adsorption ability of electrolytes. Density functional theory (DFT) calculations also indicate that Mg2+ doping can decrease the formation energy of oxygen vacancies in CoNiMg-LDH nanosheets, which increases the concentration of oxygen vacancies. Thus, the assembled asymmetric supercapacitor CoNiMg-LDH//Actived Carbon accomplishes a superior capacity of ∼ 333 C g-1 (208 F g-1) at 1 A g-1 and presents a gravimetric energy density of 73.9 Wh kg-1 at 0.8 kW kg-1. It presents only 13% capacity loss at 20 A g-1 after 5000 cycles. This discovery emphasizes the positive role of magnesium in regulating oxygen vacancies to improve the performance of supercapacitors, which should be beneficial for extending the scope of superior SCs active materials.
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