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A Fast Proton-Induced Pseudocapacitive Supercapacitor with High Energy and Power Density
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2021-10-20 , DOI: 10.1002/adfm.202107720 Tiezhu Xu 1 , Zhiwei Li 1 , Di Wang 1 , Miaoran Zhang 1 , Liufeng Ai 1 , Ziyang Chen 1 , Jinhui Zhang 1 , Xiaogang Zhang 1 , Laifa Shen 1
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2021-10-20 , DOI: 10.1002/adfm.202107720 Tiezhu Xu 1 , Zhiwei Li 1 , Di Wang 1 , Miaoran Zhang 1 , Liufeng Ai 1 , Ziyang Chen 1 , Jinhui Zhang 1 , Xiaogang Zhang 1 , Laifa Shen 1
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Electrochemical proton storage provides high energy, fast kinetics, safety, and environmental friendliness for grid-scale energy storage. However, the development of pseudocapacitive proton supercapacitors with fast chargeability and high stability is still challenging because of the unclear electrochemical reaction mechanism and unsuitable construction strategy. Here it is shown that a multi-metallic Prussian blue analog—Cu0.82Co0.18HCF, which possesses enhanced electronic structure and ion transport path—can intercalate/de-intercalate large amounts of proton at high rates. Ion-induced transformation of magnetism, fast solid-state proton transport, and reversible insertion/de-insertion of protons lead to extremely excellent rate capacities and cycling stability for proton storage. An asymmetric pseudocapacitive proton supercapacitor (Cu0.82Co0.18HCF//WO3·nH2O) is fabricated with a voltage window of 1.7 V, delivering a maximum energy density of 35 Wh kg−1 and an energy density of 22 Wh kg−1 at a high power density of 26 kW kg−1. Combining systematical material design and mechanism study, this work not only broadens the preparation of electrode materials but also brings light to the construction of high-performance devices for efficient proton storage.
中文翻译：
具有高能量和功率密度的快速质子诱导赝电容超级电容器
电化学质子存储为电网规模的能量存储提供了高能量、快速动力学、安全性和环境友好性。然而，由于电化学反应机理不明确，构建策略不合适，开发具有快速充电能力和高稳定性的赝电容质子超级电容器仍然具有挑战性。这里显示了一种多金属普鲁士蓝类似物——Cu 0.82 Co 0.18HCF 具有增强的电子结构和离子传输路径，可以高速嵌入/脱嵌大量质子。离子诱导的磁性转变、快速固态质子传输和质子的可逆插入/脱嵌为质子存储带来了极好的倍率容量和循环稳定性。非对称赝电容质子超级电容器（Cu 0.82 Co 0.18 HCF//WO 3 ·nH 2 O）具有1.7 V的电压窗口，最大能量密度为35 Wh kg -1，能量密度为22 Wh kg - 1在 26 kW kg -1的高功率密度下. 结合系统的材料设计和机理研究，这项工作不仅拓宽了电极材料的制备范围，而且为高效质子存储的高性能器件的构建带来了曙光。
更新日期：2021-10-20
中文翻译：
具有高能量和功率密度的快速质子诱导赝电容超级电容器
电化学质子存储为电网规模的能量存储提供了高能量、快速动力学、安全性和环境友好性。然而，由于电化学反应机理不明确，构建策略不合适，开发具有快速充电能力和高稳定性的赝电容质子超级电容器仍然具有挑战性。这里显示了一种多金属普鲁士蓝类似物——Cu 0.82 Co 0.18HCF 具有增强的电子结构和离子传输路径，可以高速嵌入/脱嵌大量质子。离子诱导的磁性转变、快速固态质子传输和质子的可逆插入/脱嵌为质子存储带来了极好的倍率容量和循环稳定性。非对称赝电容质子超级电容器（Cu 0.82 Co 0.18 HCF//WO 3 ·nH 2 O）具有1.7 V的电压窗口，最大能量密度为35 Wh kg -1，能量密度为22 Wh kg - 1在 26 kW kg -1的高功率密度下. 结合系统的材料设计和机理研究，这项工作不仅拓宽了电极材料的制备范围，而且为高效质子存储的高性能器件的构建带来了曙光。
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