Oxygen-enriched pitch-derived hierarchically porous carbon toward boosted zinc-ion storage performance

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作者
Zhuxian Yang,Xiaqing Chang,Hongyu Mi,Zhiyu Wang,Juntao Gao,Xiaoqiang Xiao,Fengjiao Guo,Chenchen Ji,Jieshan Qiu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:658: 506-517 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.12.097
摘要

The lack of cathode materials with satisfactory Zn2+ storage capability substantially hinders the realization of high-performance aqueous zinc-ion hybrid capacitors (ZHCs). Herein, we propose a facile KMnO4 template-assisted KOH activation strategy to prepare a novel oxygen-enriched hierarchically porous carbon (HPC-1-4). This strategy efficiently converts coal tar pitch (CTP) into a well-tuned carbon material with a large specific surface area of 3019 m2 g−1 and a high oxygen content of 9.20 at%, which is conducive to providing rich active sites, rapid charge transport, and appreciable pseudocapacitance for Zn-ion storage. Thus, the as-fabricated HPC-1-4-based aqueous ZHC exhibits prominent performance, including a high gravimetric capacity (206.7 mAh/g at 0.25 A/g), a remarkable energy density (153.4 Wh kg−1 at 184.2 W kg−1), and an impressive power output (15240 W kg−1 at 63.5 Wh kg−1). In-depth ex-situ characterizations indicate that the excellent electrochemical properties of ZHCs are due to the synergistic effect of the Zn2+ adsorption mechanism and reversible chemisorption. In addition, the assembled quasi-solid-state device demonstrates excellent electrochemical stability of up to 100 % capacity retention over 50,000 cycles, accompanied with a desirable energy density of 115.6 Wh kg−1. The facile preparation method of converting CTP into carbonaceous functional materials has advanced the development of efficient and eco-friendly energy storage technologies.
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