Nile Blue Functionalized Graphene Aerogel as a Pseudocapacitive Negative Electrode Material across the Full pH Range

假电容器 超级电容器 材料科学 电解质 石墨烯 电极 电容 比能量 化学工程 氢氧化物 纳米技术 化学 量子力学 物理 工程类 物理化学
作者
Yasin Shabangoli,Mohammad S. Rahmanifar,Abolhassan Noori,Maher F. El‐Kady,Richard B. Kaner,Mir F. Mousavi
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:13 (11): 12567-12576 被引量:64
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b03351
摘要

The pursuit of new negative electrode materials for redox supercapacitors with a high capacitance, boosted energy, and high rate capability is still a tremendous challenge. Herein, we report a Nile Blue conjugated graphene aerogel (NB-GA) as a negative electrode material with excellent pseudocapacitive performance (with specific capacitance of up to 483 F g-1 at 1 A g-1) in all acidic, neutral, and alkaline aqueous electrolytes. The contribution from capacitive charge storage represents 93.4% of the total charge, surpassing the best pseudocapacitors known. To assess the feasibility of NB-GA as a negative electrode material across the full pH range, we fabricated three devices, namely, a symmetric NB-GA||NB-GA device in an acidic (1.0 M H2SO4) electrolyte, an NB-GA||MnO2 device in a pH-neutral (1.0 M Na2SO4) electrolyte, and an NB-GA||LDH (LDH = Ni-Co-Fe layered double hydroxide) device in an alkaline (1.0 M KOH) electrolyte. The NB-GA||NB-GA device exhibits a maximum specific energy of 22.1 Wh kg-1 and a specific power of up to 8.1 kW kg-1; the NB-GA||MnO2 device displays a maximum specific energy of 55.5 Wh kg-1 and a specific power of up to 14.9 kW kg-1, and the NB-GA||LDH device shows a maximum specific energy of 108.5 Wh kg-1 and a specific power of up to 25.1 kW kg-1. All the devices maintain excellent stability over 5000 charge-discharge cycles. The outstanding pseudocapacitive performances of the NB-GA nanocomposites render them a highly promising negative electrode material across the entire pH range.
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