High energy density and extremely stable supercapacitors based on carbon aerogels with 100% capacitance retention up to 65,000 cycles

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作者
Yu Ma,Ding Chen,Zhi Fang,Yapeng Zheng,Weijun Li,Shang Xu,Xianlu Lu,Gang Shao,Qiao Liu,Weiyou Yang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:118 (21) 被引量:59
标识
DOI:10.1073/pnas.2105610118
摘要

In terms of ideal future energy storage systems, besides the always-pursued energy/power characteristics, long-term stability is crucial for their practical application. Here, we report a facile and sustainable strategy for the scalable fabrication of carbon aerogels with three-dimensional interconnected nanofiber networks and rationally designed hierarchical porous structures, which are based on the carbonization of bacterial cellulose assisted by the soft template of Zn-1,3,5-benzenetricarboxylic acid. As binder-free electrodes, they deliver a fundamentally enhanced specific capacitance of 352 F ⋅ g-1 at 1 A ⋅ g-1 in a wide potential window (1.2 V, 6 M KOH) in comparison with those of bacterial cellulose-derived carbons (178 F ⋅ g-1) and most activated carbons (usually lower than 250 F ⋅ g-1). The as-assembled supercapacitors exhibit an ultrahigh capacitance of 297 F ⋅ g-1 at 1 A ⋅ g-1, remarkable energy density (14.83 Wh ⋅ kg-1 at 0.60 kW ⋅ kg-1), and extremely high stability, with 100% capacitance retention for up to 65,000 cycles at 6 A ⋅ g-1, representing their superior energy storage performance when compared with that of state-of-the-art supercapacitors of commercial activated carbons and biomass-derived analogs.
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