Homogeneous Elongation of N‐Doped CNTs over Nano‐Fibrillated Hollow‐Carbon‐Nanofiber: Mass and Charge Balance in Asymmetric Supercapacitors Is No Longer Problematic

超级电容器 材料科学 电容 阳极 碳纳米管 纳米纤维 阴极 碳纳米纤维 纳米技术 碳纤维 纳米颗粒 复合材料 电极 化学工程 复合数 化学 物理化学 工程类
作者
Taewoo Kim,Subhangi Subedi,Bipeen Dahal,Kisan Chhetri,Tanka Mukhiya,Alagan Muthurasu,Jagadis Gautam,Prakash Chandra Lohani,Debendra Acharya,Ishwor Pathak,Su‐Hyeong Chae,Tae Hoon Ko,Hak Yong Kim
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (20) 被引量:48
标识
DOI:10.1002/advs.202200650
摘要

The hurdle of fabricating asymmetric supercapacitor (ASC) devices using a faradic cathode and a double layer anode is challenging due to the required large amount of active mass of anodic material compared to that of the cathodic material during mass balancing due to the large difference in capacitance values of the two electrodes. Here, the problem is addressed by engineering a negative electrode that furnishes an ultrahigh capacitance. An in situ developed metal-organic framework (MOF)-based thermal treatment is adopted to grow highly porous N-doped carbon nanotubes (CNTs) containing submerged Co nanoparticles over nano-fibrillated electrospun hollow carbon nanofibers (HCNFs). The optimized CNT@HCNF-1.5 furnishes an ultrahigh capacitance approaching 712 F g-1 with excellent rate capability. The capacitance reported from this work is the highest for any carbonaceous material reported to date. The CNT@HCNF-1.5 is further used to fabricate symmetric supercapacitors (SSCs), as well as ASC devices. Remarkably, both the SSC and ASC devices furnish incredible performances in all aspects of SCs, such as a high energy density, long cycle life, and high rate capability, displaying decent practical applicability. The energy density of the SSC device reaches as high as 20.13 W h kg-1 , whereas that of ASC approaches 87.5 W h kg-1 .
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