Interior and Exterior Decoration of Transition Metal Oxide Through Cu0/Cu+ Co-Doping Strategy for High-Performance Supercapacitor

超级电容器 材料科学 电化学 电容 氧化物 电极 兴奋剂 过渡金属 非阻塞I/O 化学工程 纳米结构 纳米技术 电导率 光电子学 冶金 催化作用 化学 物理化学 生物化学 工程类
作者
Weifeng Liu,Zhi Zhang,Yanan Zhang,Yifan Zheng,Nishuang Liu,Jun Su,Yihua Gao
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:13 (1) 被引量:91
标识
DOI:10.1007/s40820-021-00590-x
摘要

Although CoO is a promising electrode material for supercapacitors due to its high theoretical capacitance, the practical applications still suffering from inferior electrochemical activity owing to its low electrical conductivity, poor structural stability and inefficient nanostructure. Herein, we report a novel Cu0/Cu+ co-doped CoO composite with adjustable metallic Cu0 and ion Cu+ via a facile strategy. Through interior (Cu+) and exterior (Cu0) decoration of CoO, the electrochemical performance of CoO electrode has been significantly improved due to both the beneficial flower-like nanostructure and the synergetic effect of Cu0/Cu+ co-doping, which results in a significantly enhanced specific capacitance (695 F g-1 at 1 A g-1) and high cyclic stability (93.4% retention over 10,000 cycles) than pristine CoO. Furthermore, this co-doping strategy is also applicable to other transition metal oxide (NiO) with enhanced electrochemical performance. In addition, an asymmetric hybrid supercapacitor was assembled using the Cu0/Cu+ co-doped CoO electrode and active carbon, which delivers a remarkable maximal energy density (35 Wh kg-1), exceptional power density (16 kW kg-1) and ultralong cycle life (91.5% retention over 10,000 cycles). Theoretical calculations further verify that the co-doping of Cu0/Cu+ can tune the electronic structure of CoO and improve the conductivity and electron transport. This study demonstrates a facile and favorable strategy to enhance the electrochemical performance of transition metal oxide electrode materials.
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