Polymerization-Pyrolysis-Derived Hierarchical Nitrogen-Doped Porous Carbon for Energetic Capacitive Energy Storage

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作者
Liping Feng,Mingju Wang,Yunzhen Chang,Hua Song,Wenjing Hou,Ying Zhang,Yaoming Xiao,Sheng Zhu,Gaoyi Han
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (13): 7147-7155 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c00818
摘要

Nitrogen-doped porous carbons are attractive electrode materials for supercapacitors because of their high specific capacitance and desirable surface property. Here, we report a facile polymerization-pyrolysis strategy to construct hierarchical porous carbon, which is rich in surface redox nitrogen species. The polymeric precursor of phenolic resin cross-linked with polyaniline is produced by a mild hydrothermal process. The following calcination procedure yields hierarchical nitrogen-doped porous carbon, which presents a large specific surface area of 968.5 m2 g–1 with multi-scale porous structures including micro-, meso-, and macropores. It is found that pyrrolic nitrogen and oxidized nitrogen are successfully introduced on the porous carbon surface, and they can supply extra pseudo-capacitance. The synergy of massive charge storage sites and interconnected ion transport channels enables the hierarchical nitrogen-doped porous carbon to exhibit a high specific capacitance of 320.6 and 250.0 F g–1 in the alkaline electrolyte at current densities of 0.5 and 100 A g–1, respectively. In addition, the assembled symmetrical supercapacitor with organic electrolytes shows a huge energy density of 48.9 Wh kg–1 at a power density of 375.0 W kg–1, with a capacitance retention close to 100% after 50,000 cycles.
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