Defect engineering of MnO2 nanosheets by substitutional doping for printable solid-state micro-supercapacitors

材料科学 超级电容器 兴奋剂 储能 纳米技术 电容 纳米 功率密度 电化学 电导率 光电子学 电极 复合材料 功率(物理) 物理化学 量子力学 物理 化学
作者
Yang Wang,Yizhou Zhang,Yuqiang Gao,Guan Sheng,Johan E. ten Elshof
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:68: 104306-104306 被引量:116
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104306
摘要

Printed flexible energy storage devices such as micro-supercapacitors require high electrochemical performance for practical applications. Here, we report a high volumetric energy density of up to 1.13 × 10−3 Wh cm−3 at a power density of 0.11 W cm−3 by inkjet printing of Fe-doped MnO2 nanosheets inks as active materials on polyimide substrates. The enhancement results from atomic-level substitutional doping of 3d metal ions (Co, Fe, Ni) in sub-nanometer thick 2D MnO2 nanosheets. Substitutional doping introduces new electronic states near the Fermi level, thereby enhancing the electronic conductivity and contributing to the formation of redox-active 3d surface states. Fe-doped MnO2 showed the best performance in terms of specific areal and volumetric capacitance. Our finding suggests that the rational doping at atomic scale shows great promise for achieving high energy and power density flexible energy storage devices.

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