3D hierarchical porous carbon from fulvic acid biomass for high energy density supercapacitor with high withstanding voltage

电解质 超级电容器 化学工程 多孔性 碳纤维 电导率 材料科学 电化学 高压 化学 电压 电极 复合数 复合材料 电气工程 物理化学 工程类
作者
Panpan Chang,Jie Zheng,Yongbing Cen,F. Yang,Xuguang Li,Qingruo Xie,Jinshi Dong
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:533: 231413-231413 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.231413
摘要

Biomass-derived porous carbons (BD-PC) have evoked wide attention in the field of supercapacitors. However, the oxygen-containing groups (OFGs) in BD-PC bring a great threat to the structural stability of porous carbons in organic electrolyte at the voltage window higher than 2.7 V. Therefore, it is a worthwhile challenge to construct BD-PC with very-low content of OFGs which can operate stably at the ultrahigh voltage window. Herein, the green and renewable fulvic acid biomass is used as carbon precursor to construct 3D hierarchical porous carbon (HPC) with high yield of 13.3% by KOH activation and annealing method. This HPC presents continuous carbon network with ultrathin nanosheets of 50 nm. It has high specific surface area of 3028 m 2 g −1 , good e -conductivity of 43 S m −1 , ultrahigh C/O ratio of 27.4 and high sp 2 carbon content of 90%. Thus, the voltage window upper limits can be raised up to 3 V in TEABF 4 /PC and 3.5 V in EMIMBF 4 electrolytes. In TEABF 4 /PC electrolyte, this HPC displays high C g of 124 F g −1 at 0.05 A g −1 with C 10/0.05 as high as 70.8% and ultralong lifespan of 94% after 20,000 cycles. In EMIMBF 4 electrolyte, the energy density can reach up to 56.6 Wh kg −1 . • 3D hierarchical porous carbon is constructed from fulvic acid biomass. • It balances the relationship between high SSA and high e -conductivity. • It is of ultrahigh C/O ratio, ultrathin thickness and continuous carbon network. • The voltage window upper limits can be raised up to 3 V in TEABF 4 /PC electrolyte. • High energy density up to 56.6 Wh kg −1 and superior lifespan are achieved.
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