Block Copolymer-Directed Facile Synthesis of N-Doped Mesoporous Graphitic Carbon for Reliable, High-Performance Zn Ion Hybrid Supercapacitor

材料科学 超级电容器 介孔材料 化学工程 碳纤维 共聚物 比表面积 电容 催化作用 复合数 电极 有机化学 复合材料 聚合物 化学 物理化学 工程类
作者
Keon‐Woo Kim,Bomi Park,Jun Kim,Hyunho Seok,Taesung Kim,Changshin Jo,Jin Kon Kim
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (50): 57905-57912 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsami.3c02791
摘要

Ordered mesoporous carbons (OMCs) are promising materials for cathode materials of a Zn ion hybrid capacitor (Zn HC) due to their high surface area and interconnected porous structure. Graphitization of the framework and nitrogen doping have been used to improve the energy storage performance of the OMCs by enhancing electrical conductivity, pseudocapacitive reaction sites, and surface affinity toward aqueous electrolytes. Thus, when both methods are simultaneously implemented to the OMCs, the Zn HC would have improved energy storage performance. Herein, we introduce a facile synthetic method for N-doped mesoporous graphitic carbon (N-mgc) by utilizing polystyrene-block-poly(2-vinlypyridine) copolymer (PS-b-P2VP) as both soft-template and carbon/nitrogen sources. Co-assembly of PS-b-P2VP with Ni precursors for graphitization formed a mesostructured composite, which was converted to N-doped graphitic carbon through catalytic pyrolysis. After selective removal of Ni, N-mgc was prepared. The obtained N-mgc exhibited interconnected mesoporous structure with high nitrogen content and high surface area. When N-mgc was employed as a cathode material in Zn ion HC, excellent energy storage performance was achieved: a high specific capacitance (43 F/g at 0.2 A/g), a high energy density of 19.4 Wh/kg at a power density of 180 W/kg, and reliable cycle stability (>3000 cycles).
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