High Performance Lithium-Ion Hybrid Capacitors Employing Fe3O4–Graphene Composite Anode and Activated Carbon Cathode

材料科学 阳极 石墨烯 电容器 阴极 锂(药物) 碳纤维 离子 复合数 电极 纳米技术 复合材料 电气工程 电压 医学 物理 工程类 内分泌学 物理化学 化学 量子力学
作者
Zhang Shijia,Chen Li,Xiong Zhang,Xianzhong Sun,Kai Wang,Yanwei Ma
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (20): 17136-17144 被引量:152
标识
DOI:10.1021/acsami.7b03452
摘要

Lithium-ion capacitors (LICs) are considered as promising energy storage devices to realize excellent electrochemical performance, with high energy-power output. In this work, we employed a simple method to synthesize a composite electrode material consisting of Fe3O4 nanocrystallites mechanically anchored among the layers of three-dimensional arrays of graphene (Fe3O4-G), which exhibits several advantages compared with other traditional electrode materials, such as high Li storage capacity (820 mAh g-1 at 0.1 A g-1), high electrical conductivity, and improved electrochemical stability. Furthermore, on the basis of the appropriated charge balance between cathode and anode, we successfully fabricated Fe3O4-G//activated carbon (AC) soft-packaging LICs with a high energy density of 120.0 Wh kg-1, an outstanding power density of 45.4 kW kg-1 (achieved at 60.5 Wh kg-1), and an excellent capacity retention of up to 94.1% after 1000 cycles and 81.4% after 10 000 cycles. The energy density of the Fe3O4-G//AC hybrid device is comparable with Ni-metal hydride batteries, and its capacitive power capability and cycle life is on par with supercapacitors (SCs). Therefore, this lithium-ion hybrid capacitor is expected to bridge the gap between Li-ion battery and SCs and gain bright prospects in next-generation energy storage fields.

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