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Metallic 1T-MoS2 boosts the kinetics for NiS2-based hybrid supercapacitors with superb rate performance
Journal of Materials Science & Technology ( IF 11.2 ) Pub Date : 2024-09-14 , DOI: 10.1016/j.jmst.2024.08.045 Zhifan Song , Ruyi Bi , Jianhao Li , Yilei He , Fu Rao , Xiaoyu Chen , Jiangyan Wang , Zumin Wang , Ranbo Yu , Dan Wang
Journal of Materials Science & Technology ( IF 11.2 ) Pub Date : 2024-09-14 , DOI: 10.1016/j.jmst.2024.08.045 Zhifan Song , Ruyi Bi , Jianhao Li , Yilei He , Fu Rao , Xiaoyu Chen , Jiangyan Wang , Zumin Wang , Ranbo Yu , Dan Wang
NiS2 with high theoretical capacitance shows great potential for supercapacitors (SCs). However, the poor cycling stability and sluggish redox kinetics have limited the development of high-rate NiS2 -based SCs. Integrating materials with high conductivity potentially reinforces its structure and improves its rate capability. 1T-MoS2 featuring extended interlayer spacing and superior electronic conductivity emerges as an ideal candidate. Therefore, we designed a hybrid material with an alternating interconnected structure of NiS2 and MoS2 with adjustable content of 1T-MoS2 . Owing to the improved ion/electron transmittability and the mutual shielding effect, an obvious positive correlation between rate capability and stability with 1T-MoS2 content was established. The optimized 1T-MoS2 /NiS2 nanosheets (NMS-2) with 1T phase purity of up to 67.6 % in MoS2 demonstrated exceptional specific capacity (579.4 C g−1 at 1 A g−1 ) and impressive rate capability (345.0 C g−1 at 30 A g−1 ), which suggests much faster kinetics compared to pure NiS2 . Notably, the hybrid supercapacitor (HSC) assembled with NMS-2 as the cathode and activated carbon as the anode (NMS-2//AC HSC) exhibited a maximum specific capacitance of 137.4 F g−1 at 1 A g−1 . Furthermore, this HSC can deliver a high energy density of 45.9 Wh kg−1 at 774.9 W kg−1 , and could retain 17.7 Wh kg−1 even at a high power density of 7731.7 W kg−1 . After 5000 cycles at a high current density of 5 A g−1 , the HSC still remained 93.23 % of its initial capacitance with an extremely low fading rate of 0.0014 % per cycle.
中文翻译:
金属 1T-MoS2 以卓越的倍率性能提升基于 NiS2 的混合超级电容器的动力学
具有高理论电容的 NiS2 显示出超级电容器 (SC) 的巨大潜力。然而,较差的循环稳定性和缓慢的氧化还原动力学限制了高倍率 NiS2 基 SCs 的发展。集成具有高导电性的材料可能会增强其结构并提高其倍率能力。1T-MoS2 具有更长的层间距和卓越的电子导电性,是理想的候选产品。因此,我们设计了一种具有 NiS2 和 MoS2 交替互连结构且 1T-MoS2 含量可调的混合材料。由于离子/电子透过率的提高和相互屏蔽效应,在 1T-MoS2 含量下,建立了倍率能力和稳定性之间的明显正相关关系。优化的 1T-MoS2/NiS2 纳米片 (NMS-2) 在 MoS2 中具有高达 67.6% 的 1T 相纯度,表现出卓越的比容量(1 A g-1 时为 579.4 C g-1)和令人印象深刻的倍率能力(30 A g-1 时为 345.0 C g-1),这表明与纯 NiS2 相比,动力学要快得多。值得注意的是,以 NMS-2 为阴极,活性炭为阳极 (NMS-2//AC HSC) 组装的混合超级电容器 (HSC) 在 1 A g-1 时表现出 137.4 F g-1 的最大比电容。此外,该 HSC 可以在 774.9 W kg-1 下提供 45.9 Wh kg-1 的高能量密度,即使在 7731.7 W kg-1 的高功率密度下也可以保持 17.7 Wh kg-1。在 5 A g-1 的高电流密度下循环 5000 次后,HSC 仍保持其初始电容的 93.23%,每循环 0.0014% 的极低衰落率。
更新日期:2024-09-14
中文翻译:
金属 1T-MoS2 以卓越的倍率性能提升基于 NiS2 的混合超级电容器的动力学
具有高理论电容的 NiS2 显示出超级电容器 (SC) 的巨大潜力。然而,较差的循环稳定性和缓慢的氧化还原动力学限制了高倍率 NiS2 基 SCs 的发展。集成具有高导电性的材料可能会增强其结构并提高其倍率能力。1T-MoS2 具有更长的层间距和卓越的电子导电性,是理想的候选产品。因此,我们设计了一种具有 NiS2 和 MoS2 交替互连结构且 1T-MoS2 含量可调的混合材料。由于离子/电子透过率的提高和相互屏蔽效应,在 1T-MoS2 含量下,建立了倍率能力和稳定性之间的明显正相关关系。优化的 1T-MoS2/NiS2 纳米片 (NMS-2) 在 MoS2 中具有高达 67.6% 的 1T 相纯度,表现出卓越的比容量(1 A g-1 时为 579.4 C g-1)和令人印象深刻的倍率能力(30 A g-1 时为 345.0 C g-1),这表明与纯 NiS2 相比,动力学要快得多。值得注意的是,以 NMS-2 为阴极,活性炭为阳极 (NMS-2//AC HSC) 组装的混合超级电容器 (HSC) 在 1 A g-1 时表现出 137.4 F g-1 的最大比电容。此外,该 HSC 可以在 774.9 W kg-1 下提供 45.9 Wh kg-1 的高能量密度,即使在 7731.7 W kg-1 的高功率密度下也可以保持 17.7 Wh kg-1。在 5 A g-1 的高电流密度下循环 5000 次后,HSC 仍保持其初始电容的 93.23%,每循环 0.0014% 的极低衰落率。