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May 28, 2023

Scientific Reports volumen 6, número de artículo: 23289 (2016) Citar este artículo

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Los supercondensadores asimétricos (ASC) de alto rendimiento totalmente de estado sólido se fabrican utilizando γ-MnS como electrodo positivo y carbón activado derivado de berenjena poroso (EDAC) como electrodo negativo con gel de agar hidróxido de potasio saturado como electrolito sólido. La nanoestructura laminar de wurtzita de γ-MnS facilita la inserción de iones hidroxilo en el espacio entre capas y el nanocables de sulfuro de manganeso ofrece canales de transporte electrónico. La nanoestructura porosa de tamaño uniforme de EDAC proporciona una vía continua de electrones y facilita vías cortas de transporte iónico. Debido a estas nanoestructuras especiales tanto del MnS como del EDAC, exhibieron una capacitancia específica de 573,9 y 396 F g-1 a 0,5 A g-1, respectivamente. El supercondensador asimétrico MnS//EDAC optimizado muestra un rendimiento superior con una capacitancia específica de 110,4 F g-1 y una retención de capacitancia del 89,87 % después de 5000 ciclos, una alta densidad de energía de 37,6 Wh kg-1 a una densidad de potencia de 181,2 W kg-1 y sigue siendo 24,9 Wh kg-1 incluso a 5976 W kg-1. Sorprendentemente, dos celdas de estado sólido ensambladas en serie pueden iluminar un indicador LED rojo durante 15 minutos después de una carga completa. Estos impresionantes resultados hacen que estos materiales libres de contaminación sean prometedores para aplicaciones prácticas en ASC sólidos a base de electrolitos acuosos.

El supercondensador, como dispositivo avanzado de almacenamiento de energía, posee múltiples propiedades deseables que incluyen alta densidad de potencia, capacidad de carga/descarga rápida y excelente estabilidad cíclica, que se espera satisfagan la creciente demanda de productos electrónicos de consumo1,2. Sin embargo, hasta ahora, la mayoría de los supercondensadores disponibles comercialmente tienen una baja densidad de energía (<10 Wh kg-1), lo que ha restringido su aplicación como fuentes de energía primarias para reemplazar las baterías3,4. Tenga en cuenta que la densidad de energía (E), que se denota como E = CV2/2, se puede mejorar aumentando la capacitancia específica (C) de los materiales de los electrodos y/o ampliando la ventana de potencial operativo (V). Actualmente, se utilizan dos estrategias para ampliar la ventana de potencial operativo: utilizar electrolitos orgánicos (hasta 4 V) o desarrollar supercondensadores asimétricos (ASC)4. En comparación con los electrolitos acuosos, los electrolitos orgánicos pueden proporcionar una mejor estabilidad electroquímica para los electrodos, que sin embargo suelen sufrir de una conductividad iónica limitada, poca seguridad y toxicidad5,6. Por lo tanto, el diseño de ASC en electrolitos acuosos es un enfoque eficiente para extender la ventana de potencial operativo y proporcionar una densidad de energía efectiva. Estos supercondensadores asimétricos generalmente se componen de un electrodo Faradaico tipo batería (como fuente de energía) y un electrodo tipo capacitor (como fuente de energía), que ofrece las superioridades tanto del material tipo batería (densidad de energía) como del capacitor. -tipo de material (ciclo de vida, tasa de transferencia de electrones)7,8. Mientras tanto, las ASC pueden aprovechar al máximo las diferentes ventanas de potencial de los materiales de los electrodos y, en consecuencia, proporcionar una ventana de potencial máxima en el sistema de celdas7,9. Por lo tanto, es fundamental seleccionar los materiales adecuados para los electrodos positivos y negativos para ensamblar ASC de alto rendimiento.

Hasta ahora, los óxidos/sulfuros de metales de transición se han investigado ampliamente como materiales de electrodos positivos debido a su alta pseudocapacitancia1,6,10,11. Entre ellos, los nanocristales de sulfuro de manganeso (MnS) han atraído cada vez más atención debido a su notable predominio, como su alta capacitancia teórica específica, su bajo costo, su respeto al medio ambiente y su mayor conductividad electrónica (hasta 3,2 × 103 S/cm) que sus óxidos o hidróxidos1. 5,12. Además, la nanoestructura laminar (especialmente la fase γ con una estructura de wurtzita) acelera la penetración del electrolito y la intercalación de iones, lo que promueve enormemente su reactividad electroquímica intrínseca para el comportamiento capacitivo (Fig. 1a). Por ejemplo, hemos sintetizado con éxito nanocristales de MnS en fase γ ajustando el contenido de iones sulfuro con amoníaco como agente complejo y precipitador, cuya capacitancia específica alcanzó 704,5 F g-1 11, que es mucho mayor que la del MnO2 (310 F g). −1 a 2 mV s−1)13, Mn3O4 (314 F g−1 a 2 mV s−1)14.

(a) Estructuras de sulfuro de manganeso: α-MnS (2 × 1 túnel), β-MnS (1 × 1 túnel) y γ-MnS (estructura laminar), (b) Estructura adecuada del nanocristal de γ-MnS y (c) EDAC poliporoso para reacciones electroquímicas en ASC.

Generalmente se sabe que los materiales carbonosos se utilizan ampliamente como materiales de electrodos negativos, debido a su elevada área superficial, excelente conductividad y bajo coste. Sin embargo, en comparación con los materiales de electrodos positivos (como óxidos de metales de transición, sulfuros y otros)10,15,16, generalmente presentan una capacitancia específica mucho menor (por ejemplo, carbón activado, carbonos derivados de carburos, grafeno, etc.)1,2 ,3,17,18, lo que restringe en gran medida el desempeño general de los ASC. La capacitancia del material carbonoso depende de su estructura, debido a que la capacitancia proviene de la acumulación de carga en la interfaz del material del electrodo y el electrolito. Por tanto, es necesario que los investigadores desarrollen un material carbonoso con una estructura adecuada. Como Qie et al.19 sintetizaron carbono poroso jerárquico 3D, lo que dio como resultado una alta capacitancia específica de 318,2 F g-1.

En este documento, desarrollamos un ASC de alto rendimiento en estado sólido con gel de agar como electrolito sólido mediante el empleo de nuevos nanocristales de MnS y carbón activado derivado de berenjena poroso (EDAC) con alta capacitancia específica como electrodos positivos y negativos, respectivamente. La estructura en forma de varilla de los nanocristales de MnS proporciona canales de transmisión electrónica (Fig. 1a); Mientras tanto, el área de superficie específica BET, el área de microporos y el volumen de poros más altos del EDAC (Tabla 1) pueden promover la adsorción/desorción reversible de iones de electrolitos en la superficie de los materiales carbonosos, proporcionando en consecuencia no solo una mayor densidad de potencia/energía sino también también una capacidad de alta tasa20. Debido a estas nanoestructuras específicas, el nanocristal de MnS y los electrodos EDAC mostraron capacitancias específicas altas de 573,9 y 396 F g-1 a 0,5 A g-1 en electrolito de KOH 2,0 M con un sistema convencional de tres electrodos, respectivamente. En el supercondensador asimétrico, MnS//EDAC muestra un rendimiento superior del dispositivo con una capacitancia específica de 110,4 F g−1 y una capacitancia específica del 89,87 % retenida después de 5000 ciclos. Es importante destacar que el dispositivo exhibe una alta densidad de energía de 37,6 Wh kg-1 con una densidad de potencia de 181,2 W kg-1 y permanece en 24,9 Wh kg-1 con 5976 W kg-1.

La composición y estructura de fases del nanocristal de MnS se caracterizaron mediante patrones de difracción de rayos X (XRD), como se muestra en la Fig. 2a. Los picos característicos de MnS mostraron un carácter altamente cristalino, que estaban compuestos principalmente de fases γ y una pequeña cantidad de fases α y β1,11. Como se muestra en la Fig. 1a, los sulfuros de manganeso tienen estructuras muy diversas al compartir esquinas o bordes. α-MnS de tipo sal de roca (2 × 1) y β-MnS de tipo blenda de zinc (1 × 1) compuestos por octaedros de Mn que comparten bordes y esquinas con estructuras tunelizadas, que no eran adecuadas para el transporte de moléculas e iones. El γ-MnS de tipo wurtzita, compuesto principalmente por octaedros de Mn que comparten bordes, posee una estructura laminar. Esta estructura permite que las moléculas de agua o los aniones hidroxilo se transfieran fácilmente dentro o fuera de la región de la capa intermedia, accediendo así más al número total de iones Mn y exhibiendo una mayor capacitancia11,21,22. La fase γ, causada predominantemente por las formas metaestables (β- y γ-), puede precipitarse fácilmente a partir de una solución acuosa en un rango de baja temperatura23. Una vez que la temperatura o la presión aumentan hasta un punto o reacción en la condición reductora, las fases metaestables se transformarán irreversiblemente en una forma estable. La transformación sigue el orden: blenda de zinc (β-)sal gema y wurtzita (α-, γ-)sal gema (α-)24. Aquí, el nanocristal de MnS se obtuvo a 120 °C en un autoclave de acero inoxidable revestido de teflón de 100 ml sin agente reductor (Sección Experimental en SI). En esta condición de reacción, la solución acuosa se evaporará parcialmente, lo que provocará un aumento de presión y provocará la transformación correspondiente y luego se formarán nanocristales de MnS que contienen α-, γ-MnS y poco β-MnS. Las Figuras 2b, c muestran las imágenes FESEM de nanocristales de MnS con diferentes aumentos. Se puede ver que los nanocristales de MnS estaban compuestos principalmente por nanocables con longitudes de 0,5 ~ 3 μm y diámetros de 10 ~ 20 nm, con nanopartículas parcialmente (de 10 ~ 20 nm de tamaño) adheridas a ellos. El nanocristal de MnS con forma de alambre (Fig. 1b) proporciona un canal de transferencia electrónica, que se espera que mejore la conductividad y la capacidad de velocidad del nanocristal de MnS obtenido. Con base en esta estructura especial y el tamaño similar de los nanocables y nanopartículas, proponemos el mecanismo de crecimiento del nanocristal de MnS, que se muestra en la Fig. 3. Cuando la tiourea se descompone por calentamiento en un ambiente alcalino, los iones de sulfuro generados se combinan con los iones de manganeso. y la precipitación de MnS se forma en consecuencia (ecuaciones S1 ~ 3). Al aumentar el tiempo de reacción, el grabado químico dará como resultado la disolución y recristalización de la precipitación de MnS y se obtendrán estructuras similares a alambres bajo la acción de una fuerza de orientación. A medida que el tiempo de reacción aumentara a 5 horas o más (Fig. S1), los nanocables de MnS se descompondrían en nanopartículas. El mecanismo de descomposición se puede describir de la siguiente manera: debido a la alta energía libre superficial del MnS en forma de alambre, se combinaría con el hidroxilo en solución y se transformaría en MnSOH. Debido al mayor tamaño de red del MnSOH que del MnS, la descomposición causada por la expansión de la red ocurrirá con el aumento del tiempo de reacción. Las imágenes TEM (Fig. 2d, e) también revelaron la estructura similar a un cable de MnS y su excelente dispersabilidad. Además, la difracción de electrones del área seleccionada (recuadro de la Fig. 2d) indica la característica policristalina del nanocristal de MnS, que es consistente con los resultados de XRD. A lo largo de la dirección de los nanocables, la distancia de la franja de la red es de ~ 0,23 nm en una imagen TEM (HRTEM) de alta resolución (Fig. 2f), que corresponde a los planos (102) de γ-MnS. Las distancias marginales de la red en nanopartículas de MnS son 0,16, 0,25 y 0,35 nm, cercanas a las de γ (004), γ (220) y α (100), respectivamente. Mientras tanto, los gráficos FFT (recuadros de la Fig. 2f, g) confirman aún más la característica policristalina de los nanocristales de MnS.

(a) patrón XRD de nanocristal de MnS, (b) imágenes FESEM de bajo aumento, (c) de alto aumento y (d) de alto aumento (el recuadro es el área de difracción seleccionada), (e) imágenes TEM de bajo aumento de nanocristal de MnS , ( f, g ) Imagen HRTEM del nanocristal de MnS (los recuadros son sus gráficos FFT).

Ilustración esquemática del dispositivo supercondensador asimétrico (ASC) fabricado basado en nanocristal de MnS como electrodo positivo y EDAC como electrodo negativo y el proceso de preparación de MnS y EDAC.

Los patrones XRD de los carbonos EDAC grafitizados se muestran en la Fig. 4a. Los picos característicos alrededor de 26° y 43° corresponden a las reflexiones (002) y (100) de una estructura de carbono tipo grafito, lo que demuestra que las estructuras grafíticas se formaron como consecuencia del tratamiento térmico mediante el método de polimerización a alta temperatura25,26. Además, los picos de reflexión de Bragg más amplios en el carbón activado con procesamiento de carburo secundario (EDAC) que sin (EDAC sin tratamiento) revelan que el proceso de carbonización a alta temperatura conduce a la formación de carbono amorfo, correspondiente a la formación de una estructura porosa27. Para investigar los estados superficiales de los carbones activados se utilizó la espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS). Como se muestra en la Fig. 4b, la proporción atómica de C y O en EDAC es aproximadamente 88,04:11,96. El oxígeno se asigna principalmente a los grupos que contienen oxígeno en la superficie del EDAC. El análisis FTIR se realizó y se muestra en la Fig. S2a para confirmar su existencia. El pico característico intensivo a 3435 cm-1 se originó por la vibración de estiramiento del enlace OH28. Los picos característicos alrededor de 1380, 1623, 2840 y 2917 cm-1 corresponden a la vibración de estiramiento del enlace CO, el enlace CH y el enlace C=C, respectivamente29.

(a) patrón XRD de las muestras para comparación y el espectro EDS de EDAC (recuadro), (b) espectros de estudio XPS de EDAC, (c) imágenes TEM de bajo aumento, (d) alto aumento, (e) imagen FESEM de EDAC, (f) imagen HRTEM de EDAC (y sus gráficos FFT insertados).

La morfología y la nanoestructura de EDAC se investigaron mediante tecnologías TEM, FESEM y HRTEM. Las Figuras 4c, d muestran las imágenes TEM con diferentes aumentos. En el EDAC obtenido se observan numerosos agujeros cruzados con estructura en forma de panal. Tenga en cuenta que el precursor (berenjena, Fig. S2b) y el material intermedio (EDAC sin tratar, Fig. S2c, d) no son porosos. La red de poros en los carbonos debe formarse durante el proceso de activación de KOH mediante las reacciones de las ecuaciones (1 a 5) 30, 31.

El tamaño de los orificios varía entre 0,35 y 70 nm, que es sustancialmente mayor que el doble del tamaño de los iones solvatados (K+ y OH-), lo que contribuye a la capacitancia de las capas compactas de iones que residen en ambas paredes de los orificios adyacentes32. La imagen FESEM en la Fig. 4e demuestra la dispersidad uniforme de los carbones activados. La Figura 4f muestra la imagen HRTEM y los gráficos FFT. En la imagen HRTEM, se midió que el espaciado de las franjas de la red era de ~0,21 nm, correspondiente a (100) planos de carbono tipo grafito, lo que es consistente con el resultado de XRD. La distribución del tamaño de poro del carbón activado preparado se estudia mediante medición de adsorción-desorción de nitrógeno a 77 K. Los diagramas de isoterma de tipo I que se muestran en la Fig. 5a indican que la estructura microporosa (≤2 nm) es predominante en EDAC25. Según el análisis t-Plot, el área de microporos es de hasta 1423,6 m2 g-1, lo que representa alrededor del 51,5% de su superficie BET (2764,3 m2 g-1). Además, el volumen de microporos es tan alto como 0,58 cm3 g-1 (volumen total de poros de 1,09 cm3 g-1), que es mucho mayor que el de los carbones activados comerciales, como se muestra en la Tabla 1. Mientras tanto, además de la alta superficie de los microporos, También se observan mesoporos en el EDAC (Fig. 5b). La isoterma lenta y la alta superficie derivada de los poros mayores de 2 nm (1340,7 m2 g-1 y 0,51 cm3 g-1 para los mesoporos) demuestran la estructura mesoporosa del EDAC.

(a) Isotermas de adsorción/desorción de nitrógeno y (b) Distribución del tamaño de poro BJH del carbono EDAC.

Las propiedades electroquímicas de los nanocristales de MnS preparados y EDAC se midieron como electrodos de trabajo en un sistema de tres electrodos. Como se muestra en la Figura 6a, b, las curvas CV casi rectangulares del electrodo EDAC a diferentes velocidades de escaneo demuestran su comportamiento capacitivo ideal de doble capa. Cuando la velocidad de escaneo alcanzó hasta 200 mV s-1, la forma rectangular típica restante debe atribuirse a la estructura porosa del EDAC. Los picos redox obvios que se muestran en CV (Fig. 6a) y las curvas de carga-descarga (Fig. 6c) del electrodo de MnS se pueden atribuir a las reacciones redox de Faradaicas descritas como las Ecs 6 y 7 40,41.

(a) Curvas CV de electrodos MnS y EDAC 5 mV s-1, (b) Curvas CV del electrodo EDAC a diferentes velocidades de escaneo, (c) curvas de carga-descarga de electrodos MnS a diferentes densidades de corriente, (d) carga-descarga curvas de electrodos EDAC a diferentes densidades de corriente, (e) capacitancia específica calculada a diferentes densidades de corriente y (f) diagramas EIS Nyquist de electrodos MnS y EDAC. Los insertos son el circuito equivalente correspondiente.

La excelente pendiente lineal (cerca del triángulo equicrural) de las diversas curvas de carga-descarga galvanostática de EDAC (Fig. 6d) indica su comportamiento capacitivo típico42. Las capacitancias específicas de los electrodos, que se calcularon a partir del proceso de carga-descarga basado en la ecuación. S4, se muestran en la Fig. 4e. Basado en la estructura laminar y la alta conductividad electrónica del nanocristal de MnS, ofrece una capacitancia específica de 573,9, 471,6, 431,4, 415,0 y 372,9 F g-1 a 0,5, 1, 2, 5 y 10 A g-1, respectivamente. Mientras tanto, beneficiado por la alta superficie específica y el alto volumen total de poros, EDAC revela una capacitancia específica muy alta de 396,0, 368,6, 339,4, 329,7 y 315,3 F g-1 a 0,5, 1, 2, 5 y 10 A g-1. , con una retención de capacitancia del 79,63%. La capacitancia específica a 0,5 A g−1 es ligeramente menor que el valor más alto informado (411 F g−1)43. El excelente rendimiento de carga y descarga de EDAC debe atribuirse a su nanoestructura porosa, que no solo puede proporcionar una vía continua de electrones, sino que también facilita vías cortas de transporte iónico44,45,46.

Para investigar más a fondo el rendimiento electroquímico de los electrodos, se utilizó un análisis de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) en el rango de frecuencia de 0,1 ~ 105 Hz. El diagrama de Nyquist de los electrodos se ilustró en la figura 6f, con un circuito equivalente instalado (recuadro) y los valores de Rs, Rct, Cp y CPE se calcularon utilizando el software ZSimpWin y los valores calculados se enumeran en la Tabla S1 47,48. Rs es la resistencia óhmica total de la resistencia del electrolito, la resistencia intrínseca del material y la resistencia de contacto en la interfaz material activo/colector de corriente49. El Rct del electrodo MnS representa la resistencia a la transferencia de carga, mientras que el Rct de EDAC es responsable del proceso de autodescarga. La constante de tiempo de la autodescarga es igual a Rct·CPE47. Los bajos valores de R(s+ct) de MnS (4,13 + 5,31) y EDAC (3,29 + 1,55) demuestran su alta conductividad electrónica y reactividad electroquímica50.

Basándose en el excelente rendimiento de los materiales positivos y negativos, se montó un supercondensador asimétrico que se denominó supercondensador MnS//EDAC. El balance de masa entre electrodos se calculó sobre la base de la equivalencia de cargas que pasan a través del electrodo positivo o negativo (q+ = q−)51. Por lo tanto, la relación de masas de los electrodos positivos y negativos (m+/m−) se puede calcular mediante la ecuación. 8:

La cantidad de carga de materiales positivos/negativos en estos ASC es 2,0/2,61 mg cm-2, respectivamente. Como se muestra en la Fig. 7a, el supercondensador asimétrico MnS//EDAC muestra un comportamiento capacitivo ideal con curvas CV casi rectangulares, incluso a una velocidad de escaneo de 100 mV s-1, lo que indica su propiedad deseable de carga/descarga de alta velocidad para dispositivos de potencia. . Las curvas de carga/descarga galvanostática (recuadro de la Fig. 7b) muestran formas de triángulos equicrurales y son considerablemente simétricas, lo que demuestra el buen rendimiento reversible del supercondensador MnS//EDAC. La capacitancia específica calculada por la ecuación. S4 y la eficiencia coulómbica basada en la ecuación. S5 se muestran en la Fig. 7b. Las capacitancias específicas calculadas para las densidades de corriente de 1,0, 2,0, 4,0, 8,0, 20,0 y 50,0 mA son 110,4, 104,0, 101,2, 97,74, 97,09 y 97,09 F g−1, respectivamente. La alta retención de capacitancia del 87,94% debe atribuirse a su mayor conductividad electrónica y a la particular estructura de poros del EDAC. La menor eficiencia coulómbica (ligeramente superior al 90%) a baja densidad de corriente debe atribuirse a que la relación de las reacciones secundarias a baja densidad de corriente es mayor que a alta densidad de corriente. La caída de capacitancia de la celda se debe principalmente a la rotura de los nanocables de sulfuro de manganeso, como se muestra en la Fig. S3b~d. La nanoestructura original similar a un cable proporciona rutas de transferencia de electrones, como se muestra en la figura 1b. Con el proceso de carga y descarga, los nanocables de MnS se rompieron, lo que afectó gravemente a la conducción electrónica y provocó la caída de la capacitancia. Tenga en cuenta que todas las eficiencias de culombio en diferentes densidades de corriente de carga y descarga son superiores al 90%. En términos del ciclo de vida, la celda MnS//EDAC muestra una retención de capacitancia del 89,87% durante 5000 ciclos (Fig. 7c), lo que debe atribuirse a los siguientes aspectos: (1) la estructura en capas de wurtzita del nanocristal de γ-MnS es mucho mejor accesible para las moléculas reactivas y los cationes a través del espacio entre capas, que se puede observar visualmente a partir de patrones XRD en diferentes estados de carga (Fig. S3a)52; (2) la estabilidad ideal del nanocristal de MnS. Después de 1000 ciclos de carga/descarga, la estructura cristalina queda reservada a pesar de que los nanocables de sulfuro de manganeso se dividieron en nanopartículas (Fig. S3b ~ d); (3) la estructura de poros particular de EDAC. Cuando los agujeros eran sustancialmente más grandes que el doble del tamaño de los iones solvatados (OH-), hubo una contribución a la capacitancia de capas compactas de iones que residen en ambas paredes de los agujeros adyacentes31. En la Fig. 7d se muestran los diagramas de ragone, que representan la relación entre las densidades de potencia (P) y las densidades de energía (E), que se calcularon mediante las ecuaciones S6 y S7. La densidad de energía alcanza hasta 37,6 Wh kg-1 con una densidad de potencia de 181,2 W kg-1. Incluso con la alta densidad de potencia de 5976 W kg-1, la densidad de energía sigue siendo tan alta como 24,9 Wh kg-1. Las densidades de energía son mucho más altas que las de otros supercondensadores asimétricos en electrolitos acuosos, como AC//AC (<10 Wh kg-1)53, CNT//CNT (<10 Wh kg-1)54, FeOOH//MnO2 (24 Wh kg−1)55, carbón activado//MnO2 (17,3 Wh kg−1)56. Además, ensamblamos dos ASC en serie (la cantidad de carga de MnS/EDAC es 5,74/5,81 y 5,96/5,89 mg cm-2, respectivamente) con gel de agar hidróxido de potasio saturado como separador y electrolito y encendimos un indicador LED rojo durante 15 minutos, como se muestra en la Fig. 7e,f. Todos estos resultados demostraron intuitivamente el mérito de su aplicación práctica.

(a) Curvas CV de MnS//EDAC a diferentes velocidades de escaneo, (b) capacitancia específica y eficiencia coulómbica calculadas mediante curvas de carga-descarga (recuadro) de MnS//EDAC, (c) rendimiento del ciclo a una densidad de corriente de 1 A g −1 y (d) Gráficos de Ragones de supercondensadores asimétricos (calculados por el total de materiales activos), (e,f) Un LED rojo alimentado por dos dispositivos ASC ensamblados en serie.

En resumen, se han ensamblado supercondensadores asimétricos (ASC) de alto rendimiento y bajo costo utilizando γ-MnS como electrodo positivo y EDAC como electrodo negativo con gel de agar hidróxido de potasio saturado como separador y electrolito. Debido a la nanoestructura especial de MnS y EDAC, el supercondensador asimétrico MnS//EDAC muestra una alta capacitancia específica, una densidad de energía sobresaliente y una excelente estabilidad cíclica a un voltaje operativo de aproximadamente 1,60 V. Sorprendentemente, estas dos celdas de estado sólido ensambladas en La serie puede iluminar un indicador LED redondo rojo durante 15 minutos después de cargarse completamente. Los materiales económicos y libres de contaminación y las notables prestaciones electroquímicas les permitirán una buena perspectiva de aplicación práctica.

Cómo citar este artículo: Chen, T. et al. Supercondensadores asimétricos de alto rendimiento totalmente de estado sólido basados ​​en nuevos nanocristales de MnS y materiales de carbón activado. Ciencia. Rep. 6, 23289; doi: 10.1038/srep23289 (2016).

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Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (No. 21406191, 61275100), la Fundación Especial de Ciencias Postdoctorales de China (2015T80232), la Fundación de Ciencias Naturales de la Provincia de Hebei (No. B2013203199), el Fondo de Investigación Especializada para el Doctorado Programa de Educación Superior (Nº 20131333120011) y Programa de Investigación y Desarrollo de Tecnologías Clave de Qinhuangdao (Nº 2012021A072, 201401A042, 201401A019).

Laboratorio clave de química aplicada, Facultad de ingeniería química y ambiental, Universidad de Yanshan, Qinhuangdao, 066004, China

Teng Chen, Yongfu Tang, Yuqing Qiao, Zhangyu Liu, Wenfeng Guo, Jianzheng Song, Shengxue Yu, Yufeng Zhao y Faming Gao

Laboratorio Estatal Clave de Tecnología Avanzada para Síntesis y Procesamiento de Materiales, Universidad Tecnológica de Wuhan, Wuhan, 430070, China

Shichun Mu

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La investigación fue planificada por YFT, YQQ, SCM y FMG. Los experimentos fueron realizados por TC, YFT, ZYL, WFG y JZS, TC, YFT, YQQ, SXY e YFZ prepararon el manuscrito. YQQ, SCM, SXY, YFZ y FMG contribuyeron con comentarios y opiniones sobre el manuscrito. Todos los autores participaron en la discusión y revisión del manuscrito.

Los autores no declaran tener intereses financieros en competencia.

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Chen, T., Tang, Y., Qiao, Y. et al. Supercondensadores asimétricos de alto rendimiento totalmente de estado sólido basados ​​en nuevos nanocristales de MnS y materiales de carbón activado. Representante científico 6, 23289 (2016). https://doi.org/10.1038/srep23289

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Recibido: 15 de noviembre de 2015

Aceptado: 03 de marzo de 2016

Publicado: 29 de marzo de 2016

DOI: https://doi.org/10.1038/srep23289

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