journal article·2022-05-04

Layered materials and their heterojunctions for supercapacitor applications: a review

Tathagata Kar, Srinivas Godavarthi, Shaik Khadheer Pasha, Kalim Deshmukh, Lorenzo Martínez-Gómez, Mohan Kumar Kesarla

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Abstract

Supercapacitors have recently emerged as a potential technology with superior charge storage capacity and power density. Layered materials, by the virtue of their morphology and high surface area, are deemed to be potential candidates for storing charge or energy. In this review, the supercapacitive properties and electrochemical stability of different layered materials (MnO2, graphene, g-C3N4, MoS2, and MXenes) in a wide range of electrolytes is discussed. Moreover, an overview of the heterojunctions or composites of these 2D materials is included, emphasizing their synergistic effect towards improved supercapacitive performance and cyclic stability. Most importantly, the capacitive behavior dependence on the working electrode morphology, crystal structure, and type of electrolyte is explained. A future perspective on the design and use of these layered materials and their heterojunctions for commercial applications is presented.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Supercapacitor Materials and Fabrication · MXene and MAX Phase Materials · Advancements in Battery Materials

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Biofísica y Ciencia de Materiales, Instituto de Ciencias Físicas, Universidad Nacional Autónoma de México, Cuernavaca, Morelos, México

CONACYT – Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), Cunduacán, Tabasco, Mexico

Department of Physics, VIT-AP University, Guntur, Andhra Pradesh, India

Department of Chemical Processes and Biomaterials, New Technologies - Research Center, University of West Bohemia, Plzeň, Czech Republic

Funding

CONACYT SENER Sustentabilidad Energética

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1038/nmat229710.1038/nmat2297 ↗
2. 10.1126/science.124962510.1126/science.1249625 ↗
3. 10.1038/3510464410.1038/35104644 ↗
4. 10.1016/S0013-4686(00)00354-610.1016/S0013-4686(00)00354-6 ↗
5. 10.1016/j.electacta.2012.03.15110.1016/j.electacta.2012.03.151 ↗
6. 10.1016/j.jpowsour.2006.02.06510.1016/j.jpowsour.2006.02.065 ↗
7. 10.1039/c4ta00567h10.1039/c4ta00567h ↗
8. 10.1016/j.nanoen.2012.05.00210.1016/j.nanoen.2012.05.002 ↗
9. 10.1093/nsr/nwx00910.1093/nsr/nwx009 ↗
10. 10.1021/ar300122m10.1021/ar300122m ↗
11. 10.1038/srep3029510.1038/srep30295 ↗
12. Li Y. · BCSJ. · 2020 · 93 · 17610.1246/bcsj.20190298 ↗
13. Huang M. · J. Mater. Chem. A · 2015 · 3 · 2138010.1039/C5TA05523G ↗
14. Makino S. · J. Power Sources · 2013 · 227 · 15310.1016/j.jpowsour.2012.11.032 ↗
15. 10.1039/C9NH00152B10.1039/C9NH00152B ↗
16. 10.1039/C4RA07869A10.1039/C4RA07869A ↗
17. Liu Y. · Materials. Appl. Mater. Today · 2017 · 8 · 10410.1016/j.apmt.2017.05.002 ↗
18. Safaei J. · J. Mater. Chem. A · 2018 · 6 · 2234610.1039/C8TA08001A ↗
19. 10.1016/j.nanoen.2019.10427010.1016/j.nanoen.2019.104270 ↗
20. Bard A. J. · 2001
21. Kim B. K. · 2015 · 1
22. Zhang M. · Mater · 2020 · 13 · 18110.3390/ma13010181 ↗
23. 10.1149/2.0201505jes10.1149/2.0201505jes ↗
24. 10.1021/jp710878510.1021/jp7108785 ↗
25. Chen W. · Adv. Funct. Mater. · 2014 · 24 · 310610.1002/adfm.201470135 ↗
26. 10.1021/jp811309410.1021/jp8113094 ↗
27. 10.1016/j.materresbull.2009.09.01610.1016/j.materresbull.2009.09.016 ↗
28. 10.1016/j.materresbull.2014.05.04410.1016/j.materresbull.2014.05.044 ↗
29. Zhang X. · Electrochim. Acta · 2013 · 89 · 52310.1016/j.electacta.2012.11.089 ↗
30. Pang M. · Electrochim. Acta · 2015 · 161 · 29710.1016/j.electacta.2015.02.089 ↗
31. Xiao W. · Electrochim. Acta · 2018 · 264 · 110.1016/j.electacta.2018.01.070 ↗
32. 10.1021/jp054333010.1021/jp0543330 ↗
33. Wang H. · Nanotechnology · 2007 · 18 · 11561610.1088/0957-4484/18/11/115616 ↗
34. Tang N. · Mater. Res. Bull. · 2009 · 44 · 206210.1016/j.materresbull.2009.07.012 ↗
35. 10.1016/j.jssc.2012.01.06210.1016/j.jssc.2012.01.062 ↗
36. Davoglio R. A. · Electrochim. Acta · 2018 · 261 · 42810.1016/j.electacta.2017.12.118 ↗
37. 10.1149/1.235219710.1149/1.2352197 ↗
38. 10.1016/j.jpowsour.2006.06.03310.1016/j.jpowsour.2006.06.033 ↗
39. Wang X. · J. Power Sources · 2007 · 172 · 100710.1016/j.jpowsour.2007.07.066 ↗
40. Attias R. · J. Electrochem. Soc. · 2017 · 164 · A223110.1149/2.0161712jes ↗
41. Yu P. · Mater. Lett. · 2010 · 64 · 6110.1016/j.matlet.2009.10.007 ↗
42. Han D. · J. Solid State Chem. · 2014 · 218 · 17810.1016/j.jssc.2014.06.041 ↗
43. Ghimbeu C. M. · J. Appl. Electrochem · 2014 · 44 · 12310.1007/s10800-013-0614-6 ↗
44. Wu D. · Front. Mater. · 2020 · 7 · 110.3389/fmats.2020.00001 ↗
45. Wang J.-W. · J. Electrochem. Soc. · 2015 · 162 · A165410.1149/2.0031509jes ↗
46. Huang H. · Electrochim. Acta · 2015 · 152 · 48010.1016/j.electacta.2014.11.162 ↗
47. 10.1016/j.jpowsour.2012.09.07510.1016/j.jpowsour.2012.09.075 ↗
48. 10.1016/j.electacta.2017.04.05610.1016/j.electacta.2017.04.056 ↗
49. Li Y. · Electrochim. Acta · 2017 · 251 · 34410.1016/j.electacta.2017.08.146 ↗
50. 10.1126/science.110289610.1126/science.1102896 ↗
51. 10.1098/rstl.1859.001310.1098/rstl.1859.0013 ↗
52. 10.1002/cber.1898031023710.1002/cber.18980310237 ↗
53. 10.1002/zaac.1937234040510.1002/zaac.19372340405 ↗
54. 10.1021/ja01539a01710.1021/ja01539a017 ↗
55. Zhang Q. · Nano Lett. · 2014 · 14 · 193810.1021/nl4047784 ↗
56. Ogata C. · Chem. Commun. (Camb) · 2016 · 52 · 391910.1039/C5CC09575A ↗
57. 10.1016/j.jmat.2016.01.00110.1016/j.jmat.2016.01.001 ↗
58. 10.1002/adma.20100106810.1002/adma.201001068 ↗
59. Kar T. · RSC Adv. · 2014 · 4 · 5778110.1039/C4RA10794B ↗
60. 10.1038/nnano.2008.32910.1038/nnano.2008.329 ↗
61. 10.1016/j.carbon.2010.09.06010.1016/j.carbon.2010.09.060 ↗
62. 10.1016/j.carbon.2012.08.00310.1016/j.carbon.2012.08.003 ↗
63. Zhang C. · ACS Nano. · 2013 · 7 · 515110.1021/nn400750n ↗
64. Ghosh G. · Nano-Struct. Nano-Objects · 2017 · 10 · 4210.1016/j.nanoso.2017.03.008 ↗
65. 10.1016/j.electacta.2019.01.03410.1016/j.electacta.2019.01.034 ↗
66. Xing B. · Fuel Process. Technol. · 2017 · 165 · 11210.1016/j.fuproc.2017.05.021 ↗
67. Sethi M. · J. Alloys Compd. · 2019 · 799 · 25610.1016/j.jallcom.2019.05.302 ↗
68. 10.1039/C5TA08620E10.1039/C5TA08620E ↗
69. 10.1166/jnn.2014.910210.1166/jnn.2014.9102 ↗
70. 10.1021/cs200652y10.1021/cs200652y ↗
71. Lee Y.-H. · J. Power Sources · 2013 · 227 · 30010.1016/j.jpowsour.2012.11.026 ↗
72. 10.1016/j.matchemphys.2018.10.06210.1016/j.matchemphys.2018.10.062 ↗
73. Ma H. · Small · 2017 · 13 · 170102610.1002/smll.201701026 ↗
74. 10.1016/j.ccr.2019.03.01110.1016/j.ccr.2019.03.011 ↗
75. 10.1039/C5RA02957K10.1039/C5RA02957K ↗
76. 10.1021/nn100636810.1021/nn1006368 ↗
77. Wang Y. · Dalton Trans. · 2011 · 40 · 638810.1039/c1dt10397k ↗
78. 10.1021/acs.jpcc.5b0906210.1021/acs.jpcc.5b09062 ↗
79. Deng D. · Phys. E Low Dimens. Syst. Nanostruct. · 2017 · 86 · 28410.1016/j.physe.2016.10.031 ↗
80. Paravannoor A. · J. Rare Earth · 2020 · 38 · 62510.1016/j.jre.2019.07.017 ↗
81. Ghogare T. T. · SN Appl. Sci. · 2019 · 110.1007/s42452-018-0107-7 ↗
82. 10.1039/C6RA02943D10.1039/C6RA02943D ↗
83. 10.1016/j.mseb.2013.02.00310.1016/j.mseb.2013.02.003 ↗
84. 10.1016/j.apsusc.2017.01.02110.1016/j.apsusc.2017.01.021 ↗
85. 10.1002/adma.20120192010.1002/adma.201201920 ↗
86. Rono N. · Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. · 2020
87. 10.1039/C4NR03008G10.1039/C4NR03008G ↗
88. 10.1016/j.jiec.2018.07.00710.1016/j.jiec.2018.07.007 ↗
89. Luo Y. · J. Mater. Chem. A · 2019 · 7 · 90110.1039/C8TA08464E ↗
90. Zhang L. · Electrochim. Acta · 2015 · 186 · 29210.1016/j.electacta.2015.10.192 ↗
91. 10.1021/am405076b10.1021/am405076b ↗
92. Lin R. · J. Mater. Chem. A · 2017 · 5 · 2554510.1039/C7TA09492B ↗
93. Idris M. B. · Mater. Today Energy · 2018 · 10 · 32510.1016/j.mtener.2018.10.012 ↗
94. Lu C. · Nano Lett. · 2019 · 19 · 410310.1021/acs.nanolett.9b01511 ↗
95. Chang X. · Nanotechnology · 2017 · 28 · 13570510.1088/1361-6528/aa6107 ↗
96. Shan Q. Y. · Mater. Lett. · 2017 · 202 · 10310.1016/j.matlet.2017.05.061 ↗
97. 10.1016/j.jpowsour.2013.07.01410.1016/j.jpowsour.2013.07.014 ↗
98. Wu Y. Z. · Mater. Lett. · 2017 · 198 · 11410.1016/j.matlet.2017.04.010 ↗
99. Zhao Y. · J. Alloys Compd. · 2017 · 702 · 17810.1016/j.jallcom.2017.01.125 ↗
100. Vattikuti S. V. P. · J. Solid State Chem. · 2018 · 262 · 10610.1016/j.jssc.2018.03.019 ↗