Electrochemically active porous carbon nanospheres prepared by inhibition of pyrolytic condensation of polymers

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作者
Jae Hyun Kim,Dayoung Lee,Cheolho Kim,Haeli Lee,Seungjun Baek,Jun Hyuk Moon
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:120 (19): e2222050120-e2222050120 被引量:19
标识
DOI:10.1073/pnas.2222050120
摘要

Porous carbon is a pivotal material for electrochemical applications. The manufacture of porous carbon has relied on chemical treatments (etching or template) that require processing in all areas of the carbon/carbon precursor. We present a unique approach to preparing porous carbon nanospheres by inhibiting the pyrolytic condensation of polymers. Specifically, the porous carbon nanospheres are obtained by coating a thin film of ZnO on polystyrene spheres. The porosity of the porous carbon nanospheres is controlled by the thickness of the ZnO shell, achieving a BET-specific area of 1,124 m2/g with a specific volume of 1.09 cm3/g. We confirm that under the support force by the ZnO shell, a hierarchical pore structure in which small mesopores are connected by large mesopores is formed and that the pore-associated sp3 defects are enriched. These features allow full utilization of the surface area of the carbon pores. The electrochemical capacitive performance of porous carbon nanospheres was evaluated, achieving a high capacitance of 389 F/g at 1 A/g, capacitance retention of 71% at a 20-fold increase in current density, and stability up to 30,000 cycles. In particular, we achieve a specific area-normalized capacitance of 34.6 μF/cm2, which overcomes the limitations of conventional carbon materials.
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