Pinning ultrasmall greigite nanoparticles on graphene for effective transition-metal-sulfide supercapacitors in an ionic liquid electrolyte

Zobrazit minimální záznam

dc.contributor.author Talande, Smita V
dc.contributor.author Bakandritsos, Aristides
dc.contributor.author Zdrazil, Lukas
dc.contributor.author Jakubec, Petr
dc.contributor.author Mohammadi, Elmira
dc.contributor.author Tomanec, Ondrej
dc.contributor.author Otyepka, Michal
dc.contributor.author Presser, Volker
dc.contributor.author Zboril, Radek
dc.contributor.author Tuček, Jiří
dc.date.accessioned 2021-05-15T18:41:50Z
dc.date.available 2021-05-15T18:41:50Z
dc.date.issued 2020
dc.identifier.issn 2050-7488
dc.identifier.uri https://hdl.handle.net/10195/77295
dc.description.abstract To meet the future demands for off-grid power, high-performance electrochemical energy storage based on earth-abundant materials is essential. Supercapacitors are attractive in this sense due to their sustainable carbon-based architecture, rapid charging/discharging, and long cycle-life in comparison to battery chemistries. However, hybridizing carbon electrodes with inorganic phases is intensively explored in supercapacitor research to mitigate their low energy content. Iron sulfides are attractive because they are non-toxic and composed of earth-abundant elements, but, despite their hydrophobic nature, they have only been studied in aqueous electrolytes, limiting the energy content due to the narrow voltage stability window of water. Here, exploiting a rapid growth method and a highly functionalized graphene support, we strongly immobilized greigite (Fe3S4) nanoparticles with an ultrasmall size which could not be attained in the absence of graphene. The respective supercapacitor cell was found significantly more electroactive in the ionic liquid electrolyte than in water, boosting the energy content. Furthermore, greigite has high conductivity and fast surface faradaic reactions due to the enzyme-mimicking triple redox state of its thiocubane basic structural unit. Thus, fully reversible and fast redox processes in the expanded voltage-window of the ionic liquid also endowed excellent rate capability, cycling stability, and power. The work demonstrates a pathway, not previously explored, whereby greigite/graphene hybrids can surpass in these aspects top-rated supercapacitor materials. eng
dc.format nestránkováno cze
dc.language.iso eng
dc.publisher Royal Society of Chemistry eng
dc.relation.ispartof Journal of Materials Chemistry A, volume 8, issue: 48 eng
dc.rights open access eng
dc.subject electrochemical properties eng
dc.subject hydrothermal synthesis eng
dc.subject fe foil eng
dc.subject energy eng
dc.subject composite eng
dc.subject sulfur eng
dc.subject nanocomposites eng
dc.subject conversion eng
dc.subject nanosheets eng
dc.subject nanotubes eng
dc.subject elektrochemické vlastnosti cze
dc.subject hydrotermální syntéza cze
dc.subject fe fólie cze
dc.subject energie cze
dc.subject kompozitní cze
dc.subject síra cze
dc.subject nanokompozity cze
dc.subject konverze cze
dc.subject nanosety cze
dc.subject nanotrubice cze
dc.title Pinning ultrasmall greigite nanoparticles on graphene for effective transition-metal-sulfide supercapacitors in an ionic liquid electrolyte eng
dc.title.alternative Připevnění ultramalých nanočástic greigitu na grafen pro účinné superkondenzátory přechodného kovu a sulfidu v iontovém kapalném elektrolytu cze
dc.type article eng
dc.description.abstract-translated Ke splnění budoucích požadavků na energii mimo síť je nezbytné vysoce výkonné skladování elektrochemické energie založené na materiálech bohatých na Zemi. Superkondenzátory jsou v tomto smyslu atraktivní díky své udržitelné architektuře založené na uhlíku, rychlému nabíjení / vybíjení a dlouhé životnosti ve srovnání s chemickými bateriemi. Hybridizace uhlíkových elektrod s anorganickými fázemi se však intenzivně zkoumá ve výzkumu superkapacitorů, aby se zmírnil jejich nízký obsah energie. Sulfidy železa jsou atraktivní, protože jsou netoxické a skládají se z prvků bohatých na Zemi, ale navzdory své hydrofobní povaze byly studovány pouze ve vodných elektrolytech, což omezuje obsah energie v důsledku úzkého okna stability napětí vody. Zde jsme s využitím metody rychlého růstu a vysoce funkcionalizované podpory grafenu silně imobilizovali nanočástice greigite (Fe3S4) s ultravysokou velikostí, které by nebylo možné dosáhnout při absenci grafenu. Příslušný superkondenzátorový článek byl v iontovém kapalném elektrolytu nalezen významně více elektroaktivně než ve vodě, což zvyšuje energetický obsah. Kromě toho má greigit vysokou vodivost a rychlé povrchové faradaické reakce v důsledku trojitého redoxního stavu napodobujícího enzymy své základní strukturní jednotky thiocubanu. Plně reverzibilní a rychlé redoxní procesy v rozšířeném napěťovém okně iontové kapaliny tedy také poskytly vynikající schopnost rychlosti, stabilitu cyklování a výkon. Práce demonstruje cestu, která dosud nebyla prozkoumána, přičemž hybridy greigit / grafen mohou v těchto aspektech překonat špičkové superkondenzátorové materiály. cze
dc.peerreviewed yes eng
dc.publicationstatus postprint (accepted version) eng
dc.identifier.doi 10.1039/d0ta06998a
dc.relation.publisherversion https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/d0ta06998a#!divAbstract
dc.identifier.wos 000601282900013
dc.identifier.obd 39885488


Tento záznam se objevuje v následujících kolekcích

Zobrazit minimální záznam

Vyhledávání


Rozšířené hledání

Procházet

Můj účet