Combined Effect of Nitrogen‐ and Oxygen‐Containing Functional Groups of Microporous Activated Carbon on its Electrochemical Performance in Supercapacitors

微型多孔材料 材料科学 超级电容器 假电容 氮气 三聚氰胺 碳纤维 滴定法 电位滴定法 电化学 活性炭 硝酸 氧气 无机化学 电极 有机化学 复合材料 复合数 离子 吸附 化学 物理化学
作者
Denisa Hulicova‐Jurcakova,Mykola Seredych,Gao Qing Lu,Teresa J. Bandosz
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:19 (3): 438-447 被引量:1569
标识
DOI:10.1002/adfm.200801236
摘要

Abstract Microporous activated carbon originating from coconut shell, as received or oxidized with nitric acid, is treated with melamine and urea and heated to 950 °C in an inert atmosphere to modify the carbon surface with nitrogen‐ and oxygen‐containing groups for a systematic investigation of their combined effect on electrochemical performance in 1 M H 2 SO 4 supercapacitors. The chemistry of the samples is characterized using elemental analysis, Boehm titration, potentiometric titration, and X‐ray photoelectron spectroscopy. Sorption of nitrogen and carbon dioxide is used to determine the textural properties. The results show that the surface chemistry is affected by the type of nitrogen precursor and the specific groups present on the surface before the treatment leading to the incorporation of nitrogen. Analysis of the electrochemical behavior of urea‐ and melamine‐treated samples reveal pseudocapacitance from both the oxygen and the nitrogen containing functional groups located in the pores larger than 10 Å. On the other hand, pores between 5 Å and 6 Å are most effective in a double‐layer formation, which correlates well with the size of hydrated ions. Although the quaternary and pyridinic‐N‐oxides nitrogen groups have enhancing effects on capacitance due to the positive charge, and thus an improved electron transfer at high current loads, the most important functional groups affecting energy storage performance are pyrrolic and pyridinic nitrogen along with quinone oxygen.
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