Cotton induced graphene-like carbon tubes as electrodes for ultrahigh-energy–density supercapacitors

超级电容器 石墨烯 材料科学 电极 碳纤维 能量密度 纳米技术 复合材料 化学工程 电容 工程物理 化学 复合数 物理 工程类 物理化学
作者
Xin Ma,Pengjie Miao,Bo Zhang,Yaru Wang,Qin Guo,Zhi Su,Guangzhi Hu,Haiyan Wang,Guanhua Jin
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:495: 153229-153229 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.153229
摘要

Developing a simple, cost-effective method to synthesize carbon tubes with unique physicochemical properties is of great value for energy storage/conversion applications. In this study, cotton-induced O, N-doped graphene-like hierarchically structured porous carbon tubes (CTOs) were fabricated through a facile method and used as a supercapacitor electrode. The CTOs possessed enhanced porosity, a unique pore structure, and a large specific surface area (3,345.4 m2 g−1), and the electrode demonstrated an ultrahigh specific capacitance of 428.2 F g−1 at 1.0 A g−1 and remarkable cycle stability (93.3 % after 10,000 cycles). Density functional theory calculations confirmed that the high-level O, N-doped graphene-like hierarchically porous structures increased ion transfer efficiency and conductivity. When NiCo2S4/CTOs and CTOs were used as the positive and negative electrodes, respectively, the asymmetric supercapacitors (NiCo2S4/CTOs//CTOs) exhibited an extremely high specific capacitance of 180.8 F g−1 and a maximum energy density of 64.3 Wh kg−1. Moreover, two serially connected NiCo2S4/CTOs//CTOs capacitors could power a 9 W alarm clock for 26 min. The proposed approach enables the facile synthesis of superior carbon tubes using long-staple cotton, offering potential energy storage and conversion.
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