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Significantly Increased Specific Discharge Capacitance at Carbon Fibers Created via Architected Ultramicropores

化学 电容 碳纤维 化学工程 复合材料 电极 物理化学 复合数 材料科学 工程类
作者
Ying Zheng,Wei Zhang,Xuanbo Zhu,Fuxi Liu,Chunming Yang,Weitao Zheng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (29): 20291-20299 被引量:7
标识
DOI:10.1021/jacs.4c05647
摘要

Carbon is commonly used as an electrode material for supercapacitors operating on an electrical double-layer energy storage mechanism. However, the low specific capacitance limits its application. Increasing the specific surface area is by far the most common expansion method, and surprisingly, they are not always positively correlated. The overmuch specific surface will show the characteristics of nanoconfinement, and the potential synergistic enhancement mechanism of various key parameters is still controversial. In this work, carbon fiber electrodes with different ultramicropore structures were designed in order to improve the utilization rate and the discharge capacitance. It has been found that when the ultramicropore entrance's surface is too small, it will lead to the decrease of the external charge of the pore transport channel, and then, the selectivity of the opposite ions will decrease. The numerical simulation based on Poisson and Nernst-Planck equations also indicates that ions have difficulty diffusing into the micropores when their entrance surface decreases. Surface properties within the nanocontainment space become critical factors influencing ion transport and adsorption. The specific discharge capacitance of carbon fiber is increased from 3 to 1430 mF cm
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