Sustainable Synthesis of Hierarchically Porous Hollow Carbon Spheres for Enhanced Zinc-Ion Hybrid Supercapacitors

超级电容器 材料科学 化学工程 电解质 热解 碳纤维 阴极 电化学 储能 电极 无机化学 化学 复合材料 复合数 冶金 工程类 物理 物理化学 功率(物理) 量子力学
作者
Xijun Zhao,Renzhou Hong,Rongyu Lu,Yuejing Chen,Xiaoming Yang
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (3): 931-940 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c02142
摘要

We have developed an environmentally friendly and scalable method for synthesizing hierarchically porous hollow carbon spheres (HCSs) as cathode materials for zinc-ion hybrid supercapacitors (ZISCs). This method involves the sodium chloride (NaCl)-confined pyrolysis of polystyrene@polypyrrole nanoparticles. Unlike traditional methods, this one-pot, chemical-recycling, molten salt-confined pyrolysis process was conducted under an air atmosphere, eliminating the need for expensive inert gas protection. NaCl served as a noncorrosive barrier to isolate air during pyrolysis. The optimized HCSs possessed abundant hierarchical pore structures, high specific surface areas (578.2 m2 g–1), and significant levels of oxygen (2.6 at %) and nitrogen (5.6 at %) doping. The HCSs exhibited a high specific capacitance of 108.7 F g–1 in a three-electrode system with a 6 M KOH electrolyte. Furthermore, ZISCs fabricated using HCSs as cathodes demonstrated an impressive energy density of 26.2 W h kg–1 at a power density of 140.1 W kg–1 in a 2 M ZnSO4 electrolyte. These results highlight environmentally fabricated porous carbon materials and the potential application of HCSs as ideal carbon electrode materials for various electrochemical energy storage devices.
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