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Electrochemical Kinetics of Nanostructured Nb2O5Electrodes

Authors :
Jeffrey W. Long
Patrick Rozier
Jeremy Come
Veronica Augustyn
Bruce Dunn
J. W. Kim
Patrice Simon
Pavel Gogotsi
Pierre-Louis Taberna
Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)
Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E)
Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
University of California [Los Angeles] (UCLA)
University of California (UC)
Naval Research Laboratory (NRL)
Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE)
Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE)
United States Navy - USNavy (USA)
Réseau de stockage électrochimique de l’énergie - Energie RS2E (FRANCE)
University of California-Los Angeles - UCLA (USA)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
University of California
Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Source :
Journal of The Electrochemical Society, Journal of The Electrochemical Society, 2014, vol. 161, pp. A718-A725. ⟨10.1149/2.040405jes⟩, Journal of The Electrochemical Society, Electrochemical Society, 2014, vol. 161, pp. A718-A725. ⟨10.1149/2.040405jes⟩, Journal of the Electrochemical Society
Publication Year :
2014
Publisher :
The Electrochemical Society, 2014.

Abstract

International audience; Pseudocapacitive charge storage is based on faradaic charge-transfer reactions occurring at the surface or near-surface of redox-active materials. This property is of great interest for electrochemical capacitors because of the substantially higher capacitance obtainable as compared to traditional double-layer electrode processes. While high levels of pseudocapacitance have been obtained with nanoscale materials, the development of practical electrode structures that exhibit pseudocapacitive properties has been challenging. The present paper shows that electrodes of Nb2O5 successfully retain the pseudocapacitive properties of the corresponding nanoscale materials. For charging times as fast as one minute, there is no indication of semi-infinite diffusion limitations and specific capacitances of 380 F g−1 and 0.46 F cm−2 are obtained in 40-μm thick electrodes at a mean discharge potential of 1.5 V vs Li+/Li. In-situ X-ray diffraction shows that the high specific capacitance and power capabilities of Nb2O5 electrodes can be attributed to fast Li+ intercalation within specific planes in the orthorhombic structure. This intercalation pseudocapacitance charge-storage mechanism is characterized as being an intrinsic property of Nb2O5 that facilitates the design of electrodes for capacitive storage devices. We demonstrate the efficacy of these electrodes in a hybrid electrochemical cell whose energy density and power density surpass that of commercial carbon-based devices.

Details

ISSN :
19457111 and 00134651
Volume :
161
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of The Electrochemical Society
Accession number :
edsair.doi.dedup.....914aabafbe99d03338c0193a05a059c8
Full Text :
https://doi.org/10.1149/2.040405jes