Electrospun N‐Doped Carbon–Carbon Nanofibers with Enhanced Porosity for High‐Performance Zinc‐Ion Hybrid Supercapacitor Application

超级电容器 材料科学 碳纳米纤维 多孔性 碳纤维 兴奋剂 静电纺丝 纳米纤维 化学工程 复合材料 复合数 电容 冶金 电极 化学 光电子学 碳纳米管 聚合物 工程类 物理化学
作者
Sayak Roy,Rajib Samanta,Sudip Barman
出处
期刊:Small science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smsc.202400426
摘要

Zinc‐ion hybrid supercapacitors (ZIHSCs) represent a promising frontier in high‐performance energy storage, offering greater energy density characteristic shown by batteries alongside high power yield and extended life of supercapacitors. Carbon materials, due to their inexpensiveness, abundance, and excellent conductivity, have been promising cathode choices for ZIHSCs. However, the application of electrospun carbon nanofibers as cathodes in ZIHSCs remains relatively unexplored. This study describes the synthesis of electrospun porous N‐doped carbon (NC)‐carbon nanofibers (NC‐CNFs) through a carbonization‐activation pathway. The NC‐CNFs achieves specific surface area (SSA) of 2426.6 m 2 g −1 and a specific capacity of 173.5 mAhg −1 at 0.1 Ag −1 in a ZIHSC setup. A maximum energy density (ED) and power density (PD) of 138.8 Wh kg −1 and 7998.9 W kg −1 , respectively is also obtained. After 10 000 charge‐discharge cycles, the device retains 91.7% initial capacitance. Additionally, the charge storage performances of a symmetric supercapacitor (SC) and a ZIHSC, made of NC‐CNFs, are compared to prove the superiority of the ZIHSC over SC. This study highlights that incorporating NC into electrospun carbon nanofibers, with potassium hydroxide (KOH) activation, yields a ZIHSC cathode material with an optimal porous 1D morphology, large SSA, optimized nanofiber diameter, and efficient heteroatom doping, leading to excellent electrochemical performance.
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