Bidirectional pore-creating strategy towards lignin-based heteroatom-doped porous carbon for supercapacitors

杂原子 超级电容器 材料科学 化学工程 碳纤维 电解质 电化学 电容 热解 电极 纳米技术 化学 有机化学 复合材料 戒指(化学) 物理化学 工程类 复合数
作者
Hang Wang,Yuan Yuan,Fuquan Xiong,Bole Ma,Jia-Mei Yang,Yan Qing,Fuxiang Chu,Yiqiang Wu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:476: 146640-146640 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146640
摘要

Significant pursuits have been committed to manufacturing high-performance lignin carbon-based supercapacitor electrode materials due to their high carbon content, abundant raw resources, and environmentally-friendly. However, the pessimistic accessible porous structure and appetency to the electrolyte of electrode materials are two vital factors for restricting its performance. Here, a bidirectional pore-creating strategy is proposed to construct heteroatom-doped lignin-based porous carbon (HLPC) materials with a high electrochemical active area at supramolecular-level. In this process, activated-mediates with different pore-forming functions are assembled into lignin-based supramolecules by electrostatic forcing, and then hierarchical pore-creation and heteroatom doping are accomplished simultaneously in the pyrolysis process. The obtained carbon materials possess a tunable specific surface area of 543.4–1502.3 m2 g−1 and high heteroatom content of 9.4–16.2 at.%. Benefit from its admirable physicochemical properties, the HPLCs deliver a high ions appetency, ultrahigh capacitance of 380.5 F g−1 at 0.2 A g−1, and extremely long cyclic stability (100% after 10,000 cycles), which is superior 2.5-fold than that of YP-80F at the same mass loading. More promising, symmetrical electrode devices based on HLPCs possess a preeminent energy density of 30.0 Wh kg−1 in aqueous electrolyte. Overall, this protocol provides a new avenue for promoting the advancement of electrode materials in industrial-scale supercapacitors and manufacturing high-value-added products from plentiful bio-waste.
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