Hydrothermal Carbonization of Cellulose with Ammonium Sulfate and Thiourea for Production of Supercapacitor Carbon

水热碳化 超级电容器 纤维素 碳化 硫脲 比表面积 碳纤维 电化学 氢氧化铵 氮气 无机化学 化学 硼酸 化学工程 材料科学 吸附 有机化学 电极 催化作用 复合材料 物理化学 工程类 复合数
作者
Chang Liu,Kun Wang,Yuhan Du,Yaqi Shan,Naveed Ramzan,Pei-Gao Duan,Nan Deng
标识
DOI:10.20944/preprints202309.0397.v1
摘要

Hydrothermal carbonization of cellulose was examined at 240 ℃ for 1 h. Ammonium sulfate and thiourea were selected as the doping sources of inorganic nitrogen and organic nitrogen for the preparation of supercapacitor carbon. The effect of boric acid on the properties of the resulting hydrochar after KOH activation was examined. The results showed that the proportion of functional groups and the specific surface area of the activated hydrochar would be reduced after the addition of boric acid, and the pore-forming process of the micropores would be inhibited. The hydrochar obtained from the reaction of cellulose and organic nitrogen compounds had better pore size distribution and electrochemical properties after activation. The largest specific surface area (952.27 m2 g-1) was obtained when only thiourea was used as the only doping source. In the three-electrode system, the specific capacitance resulting activated hydrochar reached 236.25 F g-1 at a current density of 1 A g-1. After 20,000 cycles of charging and discharging at a current density of 10 A g-1, the capacitance retention rate reached 99.96%. Therefore, this study proves that the supercapacitor carbon with good electrochemical properties could be obtained by the direct reaction of cellulose with organic nitrogen compounds.
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