Hydrangea-like N/O codoped porous carbons for high-energy supercapacitors

超级电容器 多孔性 微型多孔材料 碳化 碳纤维 化学工程 材料科学 水溶液 电解质 纳米技术 化学 电容 有机化学 复合材料 工程类 扫描电子显微镜 电极 复合数 物理化学
作者
Xiaoyu Qian,Ling Miao,Juxiang Jiang,Guchuan Ping,Wei Xiong,Yaokang Lv,Yafei Liu,Lihua Gan,Dazhang Zhu,Mingxian Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:388: 124208-124208 被引量:83
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.124208
摘要

Carbons with specific morphologies, compositions and structures have aroused scientific and technological interest due to their intriguing and overwhelming properties for multi-purpose applications. Herein, a novel route to convert Knoevenagel copolymer into hydrangea-like, N/O codoped, and high-surface-area porous carbon (HPC) spheres with excellent supercapacitive performances is presented. By crosslinking p-phenylenediacetonitrile with two aromatic aldehyde co-monomers, as-prepared material exhibits a unique architecture of intertwined nanosheets uniformly self-assembled on the surfaces of microporous spheres. Featuring a large adsorbing platform (1963 m2 g−1), multi-scale pore structure and diverse N/O functional groups, HPC electrode carbonized-activated at the optimal temperature of 700 °C yields a prominent capacitance of 330 F g−1 at 1 A g−1, along with a satisfactory rate capability of 221 F g−1 at 20 A g−1 in KOH electrolyte. More importantly, taking advantage of a refined interphase between the high-concentration water-in-salt Li-TFSI layer and the ion-accessible hydrangea surface, HPC-based supercapacitor gives a higher energy delivery of 32.9 Wh kg−1 at 575 W kg−1 than the common devices using KOH (10.93 Wh kg−1 at 100 W kg−1) and Na2SO4 (24.9 Wh kg−1 at 180 W kg−1), with high-voltage aqueous durability of 90.5% retention over 10,000 cycles at 2.3 V. This inspiring work enriches the methodology for fabricating functionalized carbon spheres that are expected to boom diverse applications.
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