Single Step, Direct Pyrolysis Assisted Synthesis of Nitrogen-Doped Porous Carbon Nanosheets Derived from Bamboo wood for High Energy Density Asymmetric Supercapacitor

超级电容器 杂原子 材料科学 化学工程 碳纤维 电容 碳化 热解 电解质 比表面积 电极 纳米技术 化学 有机化学 复合材料 复合数 催化作用 物理化学 工程类 扫描电子显微镜 戒指(化学)
作者
Sivagaami Sundari Gunasekaran,Arthi Gopalakrishnan,S. Raghu,Sushmee Badhulika
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier]
卷期号:42: 103048-103048 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.est.2021.103048
摘要

Herein, we report a scalable, large-area synthesis of nitrogen-doped carbon nanosheets (N-AC) from bamboo biomass using KOH and urea as the activating and doping agent, respectively, for high performance asymmetric supercapacitor applications. The carbonization of the biomass bamboo at 300 °C for 2 h yields N-AC0 (char) while activation at 900°C for 2 h under inert atmosphere yields N-AC. The detailed characterization of N-AC revealed the significance of heteroatom doping for the supercapacitor application. The N-AC electrode delivered the half-cell specific capacitance of 475 Fg−1 at 1 Ag−1. The assembled asymmetric N-AC||N-AC0 supercapacitor device delivered the highest specific capacitance of 296 Fg−1 at 1 Ag−1 with specific energy of 42 Whkg−1 at specific power of 4500 Wkg−1, which are very high compared to other reported nitrogen-doped carbon materials. This enhanced performance can be attributed to the synergistic effect of larger specific surface area (of 769.714 m2g−1) and hetero-atom (N) doping, which helped in rapid charge-transfer, improved electrical conductivity and efficient electrode-electrolyte interactions. Furthermore, the N-AC asymmetric supercapacitor device works until 1.2 V with 6 M KOH as with 150% capacitance retention over 10,000 charge-discharge cycles. Thus, the strategy presented here provides new directions to synthesize low cost, green, sustainable electrodes for high energy supercapacitor applications.
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