Boosting charge storage in 1D manganese oxide-carbon composite by phosphorus-assisted structural modification for supercapacitor applications

材料科学 超级电容器 结晶度 电化学 化学工程 储能 复合数 电极 纳米技术 氧化物 冶金 物理化学 复合材料 热力学 化学 功率(物理) 物理 工程类
作者
Wei Guo,Chang Yu,Changtai Zhao,Wang Zhao,Shaofeng Li,Jinhe Yu,Xinyi Tan,Yuanyang Xie,Le Yang,Hongling Huang,Rong Fu,Jieshan Qiu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:31: 172-180 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2020.06.008
摘要

Abstract For electrochemical energy storage, the inevitable oxidation and phase evolution process in many low-valent one-dimensional (1D) transition metal oxides displayed gradually optimized electrochemical characteristics, nevertheless, it is generally sluggish in dynamics. Accelerating this process to achieve efficient energy output remains a significant challenge. Herein, with 1D Mn3O4 as a demo, it was revealed that phosphorus species (P) acted as the active species-like effects, thus robustly accelerating phase evolution process from 1D to two-dimensional (2D) oxides with enhanced charge-storage kinetics. The P-modulated Mn3O4 (P–Mn3O4) presents the optimized surface chemistry properties, unsaturated coordination sites and internal disorders, then the accompanied P leaching in P–Mn3O4 further leads to the formation of low-crystallinity MnO2 with O vacancies and abundant grain boundaries for a highly enhanced capacitive performance. As such, the P–Mn3O4-coupled carbon can reach the areal capacitance of 8743 ​mF ​cm−2 (high mass loading: 44.2 ​mg ​cm−2) at 1 ​mA ​cm−2 after fast phase evolution, together with the high mass and volume capacitances of 198 ​F ​g−1 and 113 ​F ​cm−3, respectively. This P-mediated approach to accelerate phase evolution is universal, evidenced by the extensively studied NiCo-based oxides. This contribution would provide a novel and powerful idea to modulate transition metal hybrids and manipulate active species for efficient energy storage and conversion.

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