Synthesis of Bi2O3/hierarchical porous carbon composites for supercapacitor application

超级电容器 材料科学 电容 碳纤维 电解质 煅烧 化学工程 比表面积 电化学 多孔性 复合数 电极 复合材料 纳米技术 化学 催化作用 有机化学 冶金 物理化学 工程类
作者
Weiwei Zhu,Dekui Shen
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:79: 110118-110118 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.est.2023.110118
摘要

Bismuth oxide (Bi2O3) is considered a promising electrode material for supercapacitors boasting a high theoretical capacity. Its weak conductivity, limited rate performance, and poor cycling stability have significantly hindered practical applications. In this work, a simple precipitation and calcination method was used to prepare Bi2O3/hierarchical porous carbon composite materials (Bi2O3/N-HPC). The biomass-derived hierarchical porous carbon precursor was prepared through a process involving nitrogen doping and chemical activation. Comprehensive physical and chemical structure characterization results showed that a large number of spherical Bi2O3 particles were dispersed on the surface of the carbon material, providing numerous active sites for electrochemical reactions. The nitrogen-doped hierarchical porous carbon scaffold provided rapid pathways for charge transfer and restricted the aggregation of Bi2O3 particles. As an electrode material in a 6 M KOH electrolyte, Bi2O3/N-HPC exhibited a specific capacitance of 684.9 F g−1 at a current density of 0.5 A g−1, and even at an increased current density of 20 A g−1, the specific capacitance remained at 500.0 F g−1. After 10,000 cycles of charge and discharge, the capacitance retention rate of the Bi2O3/N-HPC electrode reached 85.2 %. This research offers a promising pathway for the development of high-performance supercapacitor electrode materials.
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