High-mass loading electrodes with exceptional areal capacitance and cycling performance through a hierarchical network of MnO2 nanoflakes and conducting polymer gel
High-mass loading electrodes with exceptional areal capacitance and cycling performance through a hierarchical network of MnO2 nanoflakes and conducting polymer gel
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通过 MnO2 纳米片和导电聚合物凝胶的分层网络实现具有卓越面电容和循环性能的高质量负载电极
DOI：
10.1016/j.jpowsour.2018.12.004
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发表时间：
2019-02
影响因子：
9.2
通讯作者：
Mingqing Chen
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhaokun Yang;Jun Ma;Sherif Araby;Dongjian Shi;Weifu Dong;Ting Tang;Mingqing Chen
将电活性材料工程化到3D导电支架上为高性能储能设备的开发带来了希望。与现有的由金属或碳纳米材料制成的支架相比，我们在本文中报道了一种独特的三维纳米结构聚苯胺（PANi）网络支架，其中厚度为10 nm的MnO 2纳米片垂直生长，以形成分层结构的复合材料。通过两个简单的连续过程，通过使用一块碳布作为集流体，可以容易地制造具有8.3 mg cm-2（MnO 2为7.3，PANi为1.0）的高面密度的无粘合剂电极。在5 mV s−1的三电极配置下测量，该网络提供的电容为423.7 F g−1、3516.7 mF cm− 2和106.6 F cm−3，在10，000次循环中保持率为98.5%。高电容特别是面电容归因于高比表面积MnO 2纳米片通过有效的电子和离子转移的最大化利用，这是通过MnO 2和PANi之间以及PANi和碳布之间的两个紧密界面实现的。上级循环性能主要是通过分级多孔网络的体积变化调节实现的。这种复合网络将提供一种新的方法来最大限度地提高金属氧化物的电化学性能。
Engineering electroactive materials onto 3D conductive scaffolds holds promise to the development of high-performance energy storage devices. In comparison with the existing scaffolds made of metals or carbon nanomaterials, we herein report a unique scaffold of 3D nanostructured polyaniline (PANi) network, where MnO2nanoflakes of 10 nm in thickness grow vertically to create a hierarchically structured composite. Through two simple sequential processes, a binder-free electrode with a high areal density of 8.3 mg cm−2(7.3 for MnO2and 1.0 for PANi) is readily fabricated by using a piece of carbon cloth as the current collector. Measured with three-electrode configuration at 5 mV s−1, the network delivers capacitance of 423.7 F g−1, 3516.7 mF cm−2and 106.6 F cm−3, with retention of 98.5% over 10,000 cycles. The high capacitance especially areal capacitance is attributed to the maximum utilization of high-specific area MnO2nanoflakes through efficient electron and ion transfer which is enabled by two intimate interfaces respectively between MnO2and PANi and between PANi and carbon cloth. The superior cycling performance is mainly enabled by the volume-change accommodation of the hierarchically porous network. This composite network would provide a new methodology to maximize the electrochemical performance of metal oxides.
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