Small:基于原子调控增强活性的MoO3纳米带负极构筑的高性能纤维超级电容器

全球范围内智能可穿戴电子器件的快速发展对高效储能器件提出了更高的要求。在各类储能器件中,纤维超级电容器由于其快速的充放电能力、长循环及可编织性等特点而受到了广泛的关注。然而,纤维超级电容器的电极材料中活性位点数量仍然难以匹敌金属离子电池,如何在快速充/放电的情况下实现高能量密度是该领域面临的重大挑战。

近日,中山大学卢锡洪教授、中国科学技术大学郑旭升副教授以及江苏第二师范学院许翠霞博士合作发展了一种富含氧缺陷的硫掺杂MoO3负极(S-MoO3-x)用于高能量密度纤维超级电容器的构筑。通过在钼氧化物的MoO6八面体中掺杂硫形成Mo-S键及Mo-S-O键,可在增强Mo原子共价特性的同时引入氧缺陷。因此,相较于改性前的MoO3电极,S-MoO3-x拥有更多的氧化还原反应活性位点,表现出更强的赝电容性能。经过调控,S-MoO3-x纤维电极在0.5 mA cm-1的电流密度下实现了565 mF cm-2 (249.8 F g-1)的比电容,在电流密度增加到2.5 mA cm-1时依然保持有356 mF cm-2 (157.3 F g-1)的比电容。以该纤维负极匹配MnO2@TiN纤维正极构筑的准固态纤维状超级电容器,在2.41 W cm-3的功率密度下实现了2.79 mWh cm-3的高能量密度。此外,器件在0到70 oC的温度区间范围均表现出较为出色的电化学电容性能。这一在原子级别调控钼氧化物活性位点进而增强电化学电容性能的策略,为获得兼具高能量密度和高功率密度的纤维超级电容器提供了新的思路。这一成果近期发表在Small, 2020, 1905778. (DOI: 10.1002/smll.201905778)。