Efficient Fabrication of Hierarchical Porous Carbon Fibers with Tunable Mesopores from Discarded Aramid for Supercapacitors

超级电容器 制作 材料科学 介孔材料 芳纶 多孔性 纳米技术 碳纤维 复合材料 电容 纤维 电极 化学 复合数 医学 有机化学 物理化学 病理 催化作用 替代医学
作者
Shaohui Wang,Yuzhe Liu,Hua Wang,Xiaowen Wang,Lin Li,Tonghua Wang
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (18): 9371-9380 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c01314
摘要

Template-free synthesis of advanced supercapacitor carbon with tunable interpenetrating micromesoporous structures remains a formidable challenge. Herein, porous carbon fibers with tunable mesopores were fabricated that were derived from discarded aramid fibers by H3PO4-assisted KOH activation without a template. The structural design of porous carbon fibers was achieved by utilizing the dehydration condensation reaction of H3PO4 with the amide groups in the aramid chain segments, which developed primary pores of porous carbon fibers and further facilitated K+ etching and embedding during subsequent KOH activation. The derived porous carbon fibers exhibited extremely tremendous specific surface area, abundant tunable mesopores, and N/O enriched surface. Benefiting from the synergy of the unique hierarchical porous structure and surface characteristics, the optimized porous carbon fiber provided an extremely high specific capacitance of 434.8 F g–1 at 0.2 A g–1 in a 6 M KOH electrolyte and excellent rate performance. Furthermore, in a 1 M Na2SO4 electrolyte, the assembled symmetric aqueous supercapacitor device displayed an ultrahigh energy density of 25.26 Wh kg–1 at a corresponding power density of 450 W kg–1, as well as remarkable cycling stability.
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