Activating the Highly Reversible Mo4+/Mo5+ Redox Couple in Amorphous Molybdenum Oxide for High-Performance Supercapacitors

材料科学 超级电容器 介电谱 电化学 氧化还原 阳极 氧化物 X射线光电子能谱 电容 无定形固体 电极 阴极 化学工程 物理化学 结晶学 化学 工程类 冶金
作者
Xiang Cai,Xiaoguang Sang,Yu Song,Di Guo,Xiaoxia Liu,Xiaoqi Sun
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (43): 48565-48571 被引量:48
标识
DOI:10.1021/acsami.0c13692
摘要

Molybdenum oxide provides high theoretical capacity, but the moderate charge transfer kinetics and cycle life have limited the applications for capacitive energy storage. Herein, the electrochemical performance of molybdenum oxide is modified by tuning the active redox couple through an electrochemical activation process. The activated electrode K-MoOx with a 10 mg cm-2 loading shows excellent pseudocapacitive behavior within the large potential range of -1.2-0 V and delivers 313 F g-1 capacitance at 5 mA cm-2. It also presents an ultrastable cycle life, with a 98% capacitance retention after 10,000 cycles. The activation process involves the insertion of K+ into MoOx, which modifies the Mo electronic structure and introduces Mo4+ sites according to X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, the charge storage redox couple shifts from Mo5+/Mo6+ to Mo4+/Mo5+, with the latter delivering higher electrochemical activity due to improved conductivity. Electrochemical impedance spectroscopy also suggests faster ion diffusions and thus higher power capability in K-MoOx, resulting in the enhanced performance. A 2.4 V asymmetric supercapacitor is assembled using K-MoOx as the anode with a MnOx cathode. The work demonstrates a feasible and facile strategy to promote the pseudocapacitive behavior of metal oxide materials.
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