Boosting the energy density of supercapacitors by designing both hollow NiO nanoparticles/nitrogen-doped carbon cathode and nitrogen-doped carbon anode from the same precursor

超级电容器 材料科学 非阻塞I/O 阳极 化学工程 阴极 电极 电容 氧化物 碳纤维 纳米技术 复合材料 冶金 化学 有机化学 物理化学 复合数 催化作用 工程类
作者
Chen Huang,Sheng‐Yao Lv,Aimei Gao,Jingzhou Ling,Fenyun Yi,Junnan Hao,Mengyi Wang,Zhenyue Luo,Dong Shu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:431: 134083-134083 被引量:76
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.134083
摘要

Designing the transition metal oxide-based electrode with hollow nanostructure is of great importance for high-performance supercapacitors. Here, the hollow NiO encapsulated in a nitrogen-doped carbon matrix (NiO/NC) is synthesized by using the precursor of Ni-based metal–organic complex based on the Kirkendall effect. With the same precursor, the hollow NC is obtained by removing the Ni element through an acid etching method. Density functional theory (DFT) calculations convince that both hollow NiO/NC and NC have high electrical conductivity and adsorption energy for OH–, demonstrating their high practicability for supercapacitor applications. In a three-electrode system, the NiO/NC sample prepared under 700 °C displays a high specific capacitance (1026 F g−1 at 1 A g−1) and excellent cycle stability (80.2% capacity retention over 8000 cycles). Importantly, a high energy density of 40.2 Wh kg−1 was achieved based on the asymmetric supercapacitor assembled with NiO/NC cathode and NC anode. This work provides new insights on designing high-performance electrode materials to boost supercapacitor performance using the same precursor.
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