Development of amorphous Fe‐doped nickel‐cobalt phosphate (FexNiCo(PO4)2) nanostructure for enhanced performance of solid‐state asymmetric supercapacitors

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作者
Pranav K. Katkar,Navnath S. Padalkar,Amar M. Patil,Jae Ho Jeon,Zulfqar Ali Sheikh,Sahng‐Kyoon Jerng,Hong Ryeol Na,Sunghun Lee,Seung‐Hyun Chun
出处
期刊:International Journal of Energy Research [Wiley]
卷期号:46 (9): 12039-12056 被引量:39
标识
DOI:10.1002/er.7969
摘要

Tremendous efforts have been made to create significant energy storage devices using nanoscale design and hybrid techniques. Toward this end, herein, we have fabricated, a binder-free, amorphous iron-doped nickel-cobalt phosphate (FexNiCo(PO4)2, ie, F-NCP) thin film on stainless steel substrate using a facile successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) method. Furthermore, the influence of Fe doping concentration on physico-chemical properties is investigated. The various F-NCP-series electrodes contain nanoparticle-like morphology that is beneficial for charge transfer and efficient diffusion of electrolytes in supercapacitors. Such nanoparticle-like morphology and the synergy among iron, cobalt, and nickel elements in the F-NCP-3 electrode deliver a maximum specific capacity of 987 C g−1 at a current density of 2.1 A g−1 with excellent cyclic retention of 95.3% after 5000 galvanostatic charge-discharge cycles. Especially, when an asymmetric solid-state supercapacitor (ASSS) is fabricated in polyvinyl alcohol-KOH gel electrolyte with reduced graphene oxide (rGO) as a negative electrode, the designed F-NCP-3//rGO ASSS device shows the wide (1.6 V) potential window, and a maximum specific capacitance of 116 F g−1 at 1.5 A g−1. In addition, the ASSS device gives a higher energy density of 41.26 Wh kg−1 at 1.22 kW kg−1 power density and exhibits superior cyclic stability (93% after 5000 cycles). The suggested asymmetric configuration makes a promising alternative of the cathode material to construct energy storage devices for various portable electronic systems.
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