非対称型スーパーキャパシタデバイス用電池型正極としてのコバルトタングステン二セレン担持ニッケルフォーム：構造特性と容量特性に関する様々なMWSe（M=Ni, Cu, Zn, Mn）との比較

Cobalt-tungsten diselenide-supported nickel foam as a battery-type positive electrode for an asymmetric supercapacitor device: comparison with various MWSe (M = Ni, Cu, Zn, and Mn) on the structural and capacitance characteristics.

• Mani Sakthivel
• Settu Ramki
• Shen-Ming Chen
• Kuo-Chuan Ho

抄録

ナノ材料研究の新たな展開は、優れた特性と性能を持つ電極材料の発見に大きく貢献している。本報告では、さまざまな遷移金属を内包したMWSe2(M=Co, Ni, Cu, Zn, Mn)の合成を実証し、さまざまな特性評価技術を用いて研究を行った。その結果、提案したバイメタルカルコゲナイドを擬似キャパシタの電極材料として応用することに成功した。その結果、CoWSe2は、NiWSe2, CuWSe2, ZnWSe2, MnWSe2, プリスティンWSe2と比較して、それぞれ1.07, 1.76, 2.04, 8.7, 12.28倍の比静電容量3309.58F g-1を示すことが明らかになった。また、ボイドを含むナノシート構造が相互に連結しているため、電解質を効率的に取り込み、ファラダリックレドックス反応時に優れた電荷移動を行うための豊富な活性サイトが形成されていることが明らかになった。また、CoWSe2/NFのサイクル安定性を調べたところ、約82.1%の保持容量を記録し、NiWSe2(60.4%), CuWSe2(50.12%), ZnWSe2(46.44%), MnWSe2(40.12%), Pristine WSe2(31.2%)よりも高い値を示した。CoWSe2は、より高い比静電容量とサイクル安定性を有していることから、非対称デバイスの作製のための電池型電極材料として提案された。作製したCoWSe2//ACデバイスは、3.51A g-1でエネルギー密度182.54W h kg-1, 電力密度2810.81W kg-1という優れたエネルギー密度と電力密度を示した。これらの特性に基づいて、提案された研究と研究は、エネルギー貯蔵アプリケーションのための2次元層状金属カルコゲニドの深遠な開発のための道を提供することができます。

New exploration in nanomaterial research has been greatly encouraged so as to discover active electrode materials with extraordinary properties and performances. In this report, we demonstrated the synthesis of different transition metal-incorporated MWSe2 (M = Co, Ni, Cu, Zn, and Mn) and studied them using various characterization techniques. Subsequently, the proposed bimetallic chalcogenides were successfully applied as the active electrode materials for pseudocapacitor applications. The results of the electrochemical studies showed that CoWSe2 exhibited a higher specific capacitance of 3309.58 F g-1 at a constant applied current density of 1.35 A g-1, which is 1.07, 1.76, 2.04, 8.7, and 12.28-fold higher than that of NiWSe2, CuWSe2, ZnWSe2, MnWSe2, and pristine WSe2, respectively. The interconnected nanosheet structure with voids facilitates rich active sites for efficient electrolyte uptake and superior charge transfer during the faradaic redox reaction. In addition, the cycle stability of CoWSe2/NF was studied and the retention capacitance of about 82.1% was recorded, which is higher than that of NiWSe2 (60.4%), CuWSe2 (50.12%), ZnWSe2 (46.44%), MnWSe2 (40.12%), and pristine WSe2 (31.2%). Owing to the higher specific capacitance and cycle stability, CoWSe2 was proposed as a battery-type electrode material for the fabrication of an asymmetric device. The fabricated CoWSe2//AC device provided excellent energy density and power density of 182.54 W h kg-1 and 2810.81 W kg-1, respectively, at 3.51 A g-1. Based on these properties, the proposed research and studies can provide a way for the profound development of 2D-layered metal chalcogenides for energy storage applications.