Building Relationships between Molecular Composition of Carbon Precursor and Capacitance of a Hierarchical Porous Carbon-Based Supercapacitor

超级电容器 碳纤维 电容 化学工程 材料科学 比表面积 溶解 化学 电极 有机化学 复合材料 催化作用 复合数 工程类 物理化学
作者
Xiaoyun Zhang,Bingkang Sun,Xing Fan,Hongcun Bai,Peng Liang,Guoming Zhao,Binoy K. Saikia,Xian‐Yong Wei
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (1): 985-995 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acsaem.0c02915
摘要

A series of carbon precursors were obtained via the co-thermal dissolution of coal and wheat straw (WS) with different weight ratios. Three-dimensional hierarchical porous carbon (HPCX) materials were prepared from the carbon precursors. Among the porous carbon materials, HPC1/3 (WS:coal = 1:3 in weight) showed a specific capacitance of 384 F g–1 at 1 A g–1 in 6 M KOH and a good retention capability of 92% at a current density of 10 A g–1. A symmetrical supercapacitor was further fabricated using HPC1/3 for both electrodes. The supercapacitor exhibited an excellent cycle lifetime, retaining 98% of specific capacitance after 10 000 cycles. The excellent electrochemical performance of HPC1/3 is closely related to the corresponding composition of the carbon precursor. Gas chromatography/mass spectrometry and Orbitrap mass spectrometry were used to reveal the detailed composition of carbon precursors at the molecular level. The N-containing and O-containing compounds in carbon precursors are helpful for the enhancement of capacity, surface polarity, and electrical conductivity. Aromatic compounds with a high unsaturation in a carbon precursor contribute to the high specific capacitance and cycling stability.

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