Hierarchically nanostructured Co(OH)2/MXene/SiO2/n-docosane phase-change composites for enhancement of supercapacitor performance under in-situ thermal management

材料科学 超级电容器 复合数 电极 电容 储能 微观结构 复合材料 电化学 热稳定性 相变材料 纳米技术 热的 化学工程 化学 工程类 物理化学 气象学 物理 功率(物理) 量子力学
作者
Zhao Sun,Huan Liu,Xiaodong Wang
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier BV]
卷期号:242: 110112-110112 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2022.110112
摘要

Electrochemical energy-storage devices usually suffer from performance deterioration at high operating temperatures due to exothermic redox reactions during the cyclic charge–discharge process. Aiming at addressing this crucial issue, we have developed a novel type of thermoregulatory electrode material based on the hierarchically nanostructured Co(OH)2/MXene/SiO2/n-docosane phase-change composite for enhancing electrochemical energy-storage performance of supercapacitors through in-situ thermal management. The resultant composite shows a regular spherical morphology and a layer-by-layer core-shell microstructure for the phase-change microcapsules anchored on MXene nanosheets, together with a well-defined nanostructured Co(OH)2 layer deposited on the surfaces of the microcapsules and nanosheets. Through a multilevel integration of phase change material (PCM) and electroactive materials in an electrode material, the microenvironmental temperature surrounding the working electrode can be regulated effectively, buffering the heat impact to supercapacitors at high temperature. The phase-change composite achieved a satisfactory latent heat capacity of over 130 J/g together with good thermal cycling stability for long-term use in thermal management of supercapacitors. Compared to conventional electrode material without a PCM, the thermoregulatory electrode material developed in the current work exhibits an increase in specific capacitance by 6.6% at 45 °C and in capacitance retention by 10.8% after 3000 charge-discharge cycles at 45 °C, suggesting better electrochemical energy storage performance and higher charge-discharge cycling stability at high operating temperature thanks to its in-situ thermal management effectiveness. This study provides a promising approach to developing high-performance electrode materials for supercapacitor application over a broad temperature range.
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