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Nanofeather ruthenium nitride electrodes for electrochemical capacitors.
Dinh Khac, Huy; Whang, Grace; Iadecola, Antonella; Makhlouf, Houssine; Barnabé, Antoine; Teurtrie, Adrien; Marinova, Maya; Huvé, Marielle; Roch-Jeune, Isabelle; Douard, Camille; Brousse, Thierry; Dunn, Bruce; Roussel, Pascal; Lethien, Christophe.
Afiliación
  • Dinh Khac H; Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologies, Université de Lille, CNRS, Université Polytechnique des Hauts de France, Lille, France.
  • Whang G; Unité de Catalyse et de Chimie du Solide (UCCS), Université de Lille, CNRS, Centrale Lille, Université d'Artois, Lille, France.
  • Iadecola A; Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie (RS2E), CNRS FR 3459, Amiens Cedex, France.
  • Makhlouf H; Department of Materials Science and Engineering, University of California, Los Angeles, CA, USA.
  • Barnabé A; Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie (RS2E), CNRS FR 3459, Amiens Cedex, France.
  • Teurtrie A; Sorbonne Université, CNRS, Physicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes Interfaciaux, UMR CNRS 8234, Paris, France.
  • Marinova M; Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologies, Université de Lille, CNRS, Université Polytechnique des Hauts de France, Lille, France.
  • Huvé M; Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie (RS2E), CNRS FR 3459, Amiens Cedex, France.
  • Roch-Jeune I; CIRIMAT, Université de Toulouse, CNRS, Université Toulouse III-Paul Sabatier, Toulouse Cedex 9, France.
  • Douard C; Université de Lille, CNRS, INRAE, Centrale Lille, Unité Matériaux et Transformations, Lille, France.
  • Brousse T; Université de Lille, CNRS, INRAE, Centrale Lille, Unité Matériaux et Transformations, Lille, France.
  • Dunn B; Université de Lille, CNRS, INRAE, Centrale Lille, Université d'Artois, FR 2638, IMEC-Institut Michel-Eugène Chevreul, Lille, France.
  • Roussel P; Unité de Catalyse et de Chimie du Solide (UCCS), Université de Lille, CNRS, Centrale Lille, Université d'Artois, Lille, France.
  • Lethien C; Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologies, Université de Lille, CNRS, Université Polytechnique des Hauts de France, Lille, France.
Nat Mater ; 23(5): 670-679, 2024 May.
Article en En | MEDLINE | ID: mdl-38413809
ABSTRACT
Fast charging is a critical concern for the next generation of electrochemical energy storage devices, driving extensive research on new electrode materials for electrochemical capacitors and micro-supercapacitors. Here we introduce a significant advance in producing thick ruthenium nitride pseudocapacitive films fabricated using a sputter deposition method. These films deliver over 0.8 F cm-2 (~500 F cm-3) with a time constant below 6 s. By utilizing an original electrochemical oxidation process, the volumetric capacitance doubles (1,200 F cm-3) without sacrificing cycling stability. This enables an extended operating potential window up to 0.85 V versus Hg/HgO, resulting in a boost to 3.2 F cm-2 (3,200 F cm-3). Operando X-ray absorption spectroscopy and transmission electron microscopy analyses reveal novel insights into the electrochemical oxidation process. The charge storage mechanism takes advantage of the high electrical conductivity and the morphology of cubic ruthenium nitride and Ru phases in the feather-like core, leading to high electrical conductivity in combination with high capacity. Accordingly, we have developed an analysis that relates capacity to time constant as a means of identifying materials capable of retaining high capacity at high charge/discharge rates.

Texto completo: 1 Colección: 01-internacional Base de datos: MEDLINE Idioma: En Revista: Nat Mater Asunto de la revista: CIENCIA / QUIMICA Año: 2024 Tipo del documento: Article País de afiliación: Francia Pais de publicación: Reino Unido

Texto completo: 1 Colección: 01-internacional Base de datos: MEDLINE Idioma: En Revista: Nat Mater Asunto de la revista: CIENCIA / QUIMICA Año: 2024 Tipo del documento: Article País de afiliación: Francia Pais de publicación: Reino Unido