Naturally O-N-S co-doped carbon with multiscale pore architecture derived from lotus leaf stem for high-performance supercapacitors

化学 碳化 超级电容器 杂原子 比表面积 电解质 电容 莲花效应 化学工程 碳纤维 纳米技术 材料科学 有机化学 电极 复合材料 物理化学 复合数 吸附 催化作用 工程类 原材料 戒指(化学)
作者
Huan Liu,Wei Chen,Rongli Zhang,Yiming Ren
出处
期刊:Bulletin of the Chemical Society of Japan [The Chemical Society of Japan]
卷期号:94 (6): 1705-1714 被引量:21
标识
DOI:10.1246/bcsj.20210027
摘要

Abstract Lotus leaf stem is successfully exploited as a sustainable biomass to fabricate multi-heteroatom co-doped carbon with multiscale pore architecture by a readily scalable and effective strategy of pre-carbonization and KOH activation. By taking advantage of 3D hierarchical structure with high surface area and optimized pore size distribution, naturally O-N-S co-doping and nanosized graphitic structure (contributing to large accessible surface for charge storage, short ion diffusion distance, rapid charge transfer and low internal resistance), as-produced carbon is demonstrated as a promising electrode for supercapacitors with a high capacitance of 425 F/g at 0.5 A/g in a three-electrode system and 295 F/g at 0.1 A/g with superb rate capability (84% retention from 0.2 to 20 A/g) and outstanding recyclability (97.8% retention after 10000 charge-discharge cycles at 10 A/g) in a two-electrode system with KOH solution. The excellent recyclability of 93.3% is also achieved after 10000 cycles at 10 A/g for the symmetric supercapacitor using Na2SO4 electrolyte. These values may boost the commercial application of biomass-derived carbon for energy storage.

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