Economical preparation of high-performance activated carbon fiber papers as self-supporting supercapacitor electrodes

超级电容器 材料科学 活性炭 电极 纤维素 碳化 复合材料 电容 纤维素纤维 储能 纤维 化学工程 吸附 化学 有机化学 物理化学 工程类 扫描电子显微镜 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Junjun Chen,Junxian Xie,Charles Q. Jia,Chenying Song,Hu Jian,Hailong Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:450: 137938-137938 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.137938
摘要

The cellulose-based paper electrode has attracted increasing attention for wearable and portable electronic devices. However, the loading of expensive electroactive substances, a large proportion of cellulose matrix and the loss of mechanical flexibility limit its commercial application. This article reports a facile and economical strategy for fabricating high-performance cellulose-based activated carbon fiber papers (ACFPs), which can be used as self-supporting supercapacitor electrodes without any binder. Combining wet papermaking, thermal carbonization, and double activation, the new strategy enables the in-situ transformation of fibrillated pulp fibers into cellulose-derived activated carbon fused with carbon fibers (CFs). The resulting ACFPs are characteristic of high specific surface area (808–1106 m2/g), high conductivity (1640–1786 S/m), prominent tensile strength (4.6–6.4 MPa), and flexible processability. Furthermore, the ACFP exhibits maximum specific capacitance of 48.8F/cm3 (or 165F/g) based on the whole electrode and possesses superior cycling stability. Moreover, electroactive materials are readily loaded onto the ACFPs to enhance the capacitance further. In the ACFPs, the cellulose-derived activated carbon is primarily responsible for capacitive energy storage, while CFs serve as a highly functional network due to their low thermal expansion coefficient and high electrical conductivity. Overall, this work provides a novel strategy for manufacturing scalable, cost-effective paper-based electrode materials with broad application prospects in energy storage.
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