Cucurbit[6]uril‐Derived Sub‐4 nm Pores‐Dominated Hierarchical Porous Carbon for Supercapacitors: Operating Voltage Expansion and Pore Size Matching

超级电容器 材料科学 多孔性 化学工程 电压 匹配(统计) 电极 碳纤维 纳米技术 电容 复合材料 化学 电气工程 物理化学 复合数 数学 统计 工程类
作者
Daping Qiu,Min Li,Cuihua Kang,Jinying Wei,Feng Wang,Ru Yang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:16 (39) 被引量:43
标识
DOI:10.1002/smll.202002718
摘要

Abstract The intrinsic properties of carbon‐based material and the voltage window of electrolyte are the two key barriers to restrict the energy density of carbon‐based supercapacitors (SCs). Herein, a cucurbit[6]uril‐derived nitrogen‐doped hierarchical porous carbon (CBC x ) with unique pore structure characteristics is synthesized and successfully applied to construct SCs based on different electrolyte systems. Owing to narrow pore size distribution (0.5–4 nm), colossal ion‐accessible pore volume, prominent supermesopore volume, and reasonable heteroatom configuration, the CBC x ‐based SCs demonstrate excellent electrochemical performances with high operating voltages in two distinct systems. The optimal SCs can output a maximum energy/power density of 18 Wh kg −1 (11.1 Wh L −1 )/20 kW kg −1 (12.3 kW L −1 ) with an operating voltage of 1.2 V in potassium hydroxide aqueous electrolyte, as well as an ultralong cycle life of up to 50 000 cycles (0.046% decay per 100 cycles). Furthermore, the optimal SCs deliver an exceptionally high energy/power density of 95 Wh kg −1 (58.4 Wh L −1 )/70 kW kg −1 (43 kW L −1 ) with an ultrahigh operating voltage of 3.5 V in 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium tetrafluoroborate electrolyte. This work opens up a new application field for cucurbit[6]uril and provides an alternative avenue for optimizing the performances of carbon‐based materials for SCs.
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