Vaporized Hydrothermal Functionalization of Carbon Fiber and Its Superior Supercapacitor Performance

表面改性 超级电容器 材料科学 热液循环 碳纤维 化学工程 惰性 纤维 比表面积 热解 电极 电容 复合材料 化学 有机化学 催化作用 物理化学 复合数 工程类
作者
Chongjun Zhao,Jiexin Zheng,Yixuan Wang,Pengfei Rui,Guang Yang,Chunhua Zhao,Sijia Xu
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:36 (7): 4052-4064 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.2c00261
摘要

Carbon fibers are promising in directly being used as a freestanding electrode in flexible and wearable devices due to their high conductivity and good mechanical performance. However, those micrometer-sized carbon fibers usually suffer from disadvantages including poor activity and a low surface area due to an inert surface, solid structure, and high diameter (7–15 μm). Traditional chemical activation methods in a liquid phase have a low efficiency and produce a vast waste solution. In this work, a vaporized hydrothermal oxidation process is proposed, in which vaporized functionalization of carbon fibers is completed during a hydrothermal process of 5 mL of aqueous solution containing 0.5 mL of nitric acid in a 100 mL autoclave. Combined with the subsequent aerobic pyrolysis process, this vaporized hydrothermal method converts smooth and inert carbon fibers into porous and activated carbon fibers, accompanied by a decrease of their diameter from 6.9 to 2.7 μm. Consequently, functionalized carbon fiber directly used as an electrode exhibits a high mass specific capacitance of 118.97 F g–1 (vs 0.217 F g–1 for pristine CF) whereas its symmetric supercapacitor delivers an energy density of 6.5 W h kg–1 and a maximum power density of 5000 W kg–1.
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