Effect of heteroatom doping on the charge storage and operating voltage window of nickel-based sulfide composite electrodes in alkaline electrolytes

硫化镍 硫化物 杂原子 电解质 超级电容器 电化学 电极 材料科学 无机化学 复合数 电化学窗口 化学 化学工程 冶金 离子电导率 物理化学 复合材料 有机化学 工程类 戒指(化学)
作者
Yan Li,Xianquan Ao,Qianlin Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:427: 130885-130885 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.130885
摘要

Broadening the voltage window of nickel-based sulfide composite electrodes in alkaline electrolytes is enormously challenging. In prior work, the voltage window of nickel-based sulfide composite electrodes was broadened to 1.8 V (−0.5–1.3 V. vs SCE). Herein, the voltage window widening mechanism of nickel-based sulfide composite electrodes in alkaline electrolytes is discussed in detail. Our results show that co-doped boron and nitrogen atoms and sulfur vacancies increase the number of electrochemical energy storage sites and accelerate the electrochemical reaction, thereby enhancing charge storage. Additionally, heteroatom doping and the presence of sulfur vacancies can effectively inhibit the water decomposition reaction, broadening the voltage window of nickel-based sulfide composite electrodes in alkaline electrolytes and even exceeding the thermodynamic limit of water. Introducing a mesoporous structure increases the electrolyte storage space, accelerating the OH− transfer and charge transfer dynamics. Aqueous and all-solid-state asymmetric supercapacitor devices are assembled, and at a power density of 1800 W kg−1, the aqueous asymmetric device can obtain a high energy density of 56 Wh kg−1. The all-solid-state asymmetric device shows a high energy density of 49.72 Wh kg−1 at a power density of 1000 W kg−1. A theoretical basis is provided for preparing high-energy nickel-based sulfide supercapacitors with a wide voltage window.
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