Hierarchical nanostructured α-Fe2O3/polyaniline anodes for high performance supercapacitors
Hierarchical nanostructured α-Fe2O3/polyaniline anodes for high performance supercapacitors
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用于高性能超级电容器的分层纳米结构α-Fe2O3/聚苯胺阳极
DOI：
10.1016/j.electacta.2018.02.144
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发表时间：
2018-04
影响因子：
6.6
通讯作者：
陈明清
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
杨兆昆;汤力;叶瑾;施冬健;刘士荣;陈明清
该研究展示了一种可扩展的基于溶液的方法，用于制造α-Fe2O3/聚苯胺（PANi）杂化纳米结构水凝胶，作为超级电容器的高性能无粘结剂阳极。聚苯胺涂层在α- fe2o3表面原位聚合，同时形成分层多孔聚苯胺骨架，从而形成由导电骨架连接良好的α- fe2o3颗粒的分层结构。这种独特的结构具有多种优势：(1)大大提高了电子和离子电导率，(2)在充放电过程中提供了多孔空间以适应α-Fe2O3的体积变化，(3)使离子容易接近α-Fe2O3。α-Fe2O3/PANi电极在电流密度为1 a g−1时具有473.6 F g−1（236.8 mF cm−2）的高比电容，具有优良的倍率性能和良好的循环稳定性（循环5000次后电容保持率为98.2%）。由α-Fe2O3/PANi和PANi电极组成的固态混合超级电容器在功率密度为67.1 mW cm−3时，能量密度为0.31 mWh cm−3。这一通用的α-Fe2O3/PANi阳极合成基序可推广到其他超级电容器电极材料体系，使各种超级电容器电极的制备更加简便。
This study demonstrates a scalable solution-based approach for the fabrication of α-Fe2O3/polyaniline (PANi) hybrid nanostructured hydrogels as high-performance binder-free anodes for supercapacitors. PANi coating is in situ polymerized on the α-Fe2O3surfaces and hierarchically porous PANi framework form simultaneously, thus forming the hierarchical structure of α-Fe2O3particles well connected by the conductive framework. This unique architecture delivers multiple advantageous features: (i) greatly enhancing electronic and ionic conductivities, (ii) providing porous space to accommodate the volume change of α-Fe2O3during charge-discharge processes, and (iii) enabling the ion readily access to α-Fe2O3. The electrode made of α-Fe2O3/PANi exhibits high specific capacitance of 473.6 F g−1(236.8 mF cm−2) at a current density of 1 A g−1, excellent rate capability and good cycling stability (capacitance retention of 98.2% after 5000 cycles). The solid-state hybrid supercapacitors consisting of α-Fe2O3/PANi and PANi electrodes achieves a high energy density of 0.31 mWh cm−3at a power density of 67.1 mW cm−3. This versatile and manufacturing-compatible synthesis motif for α-Fe2O3/PANi anodes can be generalized for other supercapacitor electrode materials system to enable the facile fabrication of various kinds of electrodes for supercapacitors.
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