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In-depth analysis of VARTM-based solid-state supercapacitors utilizing CNT-dispersed cobalt-bismuth-samarium ternary hydroxide on woven carbon fiber for enhanced storage

超级电容器 三元运算 材料科学 化学工程 氢氧化物 碳纳米管 纳米技术 无机化学 电极 化学 电化学 冶金 计算机科学 程序设计语言 物理化学 工程类
作者
Fouzia Mashkoor,Mohd Shoeb,Hongjun Jeong,Mohammad Naved Khan,Changyoon Jeong
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.05.052
摘要

Multi-metal hydroxides possess unique physical and chemical properties, making them promising candidates for supercapacitor working electrodes. Enhancing their electrochemical performance can be achieved through a combination with carbon materials. In this study, we synthesized a composite material by hydrothermally dispersed 4, 6, and 10 wt% carbon nanotubes (CNT) into ternary cobalt-bismuth-samarium hydroxide (CoBiSm-TOH). These nanocomposites were employed as the material for the working electrode in a supercapacitor. The findings reveal that at 1.5 A/g, the specific capacitance of CNT3@CoBiSm-TOH, using a three-electrode system, was found to be 852.91 F/g, higher than that of CoBi-BOH, CoBiSm-TOH, CNT1@CoBiSm-TOH and CNT5@CoBiSm-TOH—measuring 699.69 F/g, 750.34 F/g, 789.54 and 817.79 F/g, respectively. Moreover, CNT3@CoBiSm-TOH electrodes exhibited a capacitance retention of around 88% over 10,000 cycles. To demonstrate practical applicability, CNT3@CoBiSm-TOH was grown on woven carbon fiber (WCF), and a solid-state supercapacitor device was developed using the VARTM (vacuum-assisted resin transfer molding). This device displayed a specific capacitance of 272.67 F/g at 2.25 A/g. Notably, it achieved a maximum energy density of 53.01 Wh/kg at a power density of 750 W/kg and sustained excellent cycle stability over 50,000 cycles, maintaining 70% of its initial capacitance. These results underscore the importance of interfacial nanoengineering and provide crucial insights for the development of future energy storage devices.
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