Three-dimensional, heteroatom-enriched, porous carbon nanofiber flexible paper for free-standing supercapacitor electrode materials derived from microalgae oil

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作者
Tongtong Wang,Xin He,Weibo Gong,Zuhao Kou,Yi Yao,Scott P. Fulbright,Kenneth F. Reardon,Maohong Fan
出处
期刊:Fuel Processing Technology [Elsevier]
卷期号:225: 107055-107055 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.fuproc.2021.107055
摘要

Polyacrylonitrile (PAN) based carbon nanofiber (CNF) papers have unique physicochemical properties including flexibility, good electrical conductivities, and excellent mechanical properties for supercapacitor electrodes. However, their surface-to-weight ratios and density of active sites on the surface are much poorer than those of other active carbons. Herein, a simple, renewable, multifunctional, and effective way is described to fabricate three-dimensional (3D) heteroatom-enriched porous PAN-based CNF papers by adding a moderate amount of microalgae-derived oil that has a large fraction of light compounds and nitrogen- and oxygen-containing functional components. CNF papers with enhanced porosity and large specific surface area, unique pore structure, and 3D heteroatom-enriched surfaces were successfully fabricated by stabilization and carbonization of PAN nanofibers with the algae oil. The as-fabricated algal-30% CNF paper is scalable and highly flexible as a free-standing supercapacitor electrode material and can deliver a specific capacitance of 272 F/g under a scan rate of 10 mV/s with noticeably high charge-discharge cycling stability, with 94% retained even after 10,000 cycles. The fabrication mechanism and the enhancement of the electrochemical behaviors of three-dimensional, heteroatom-enriched, porous CNF papers are proposed. Our work underlines the promise of algae oil-modified PAN-based CNF papers for high-capacity supercapacitor electrode materials.
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