Hierarchical hollow microspheres of carbon nanorods with enhanced supercapacitor performance

材料科学 纳米棒 超级电容器 碳化 比表面积 电容 水热碳化 纳米技术 多孔性 碳纤维 化学工程 复合材料 复合数 电极 扫描电子显微镜 催化作用 工程类 物理化学 化学 生物化学
作者
Mei Li,Wenjia Zhang,Ting Liu,Jirong Mou,Yuting Xu,Jianlin Huang,Meilin Liu
出处
期刊:Materials today communications [Elsevier]
卷期号:28: 102500-102500 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.mtcomm.2021.102500
摘要

A hollow spherical superstructure of carbon nanorods (HSSCNs-900) electrode enables excellent capacity, rate capability, and cycle stability of a symmetric supercapacitor. The HSSCNs-900 has ultrahigh surface area, large pore volume, and hierarchical porosity, and chestnut-like morphology. A hierarchical hollow microsphere of carbon nanorods (HHMCNs) is constructed via facile carbonization for a hollow microsphere consisted of zinc metal-organic framework (Zn-MOF-74) nanorods. The spherical Zn-MOF-74 nanorods with a chestnut-like morphology are formed through a hydrothermal reaction of crystalline Zn-MOF-74 nanoparticles. When the HHMCNs carbonized at 900 °C, the obtained HHMCNs-900 possesses a ultrahigh specific surface area (S BET = 2249 m 2 g −1 ), large pore volume with a hierarchical porosity (2.5 cm 3 g −1 ), and an ideal oxygen content (5.1 at.%). Using the HHMCNs-900 as a supercapacitor electrode delivers a satisfying specific capacitance (287 F g −1 at 0.5 A g −1 ), excellent rate capability (165 F g −1 at 50 A g −1 ), superior energy density of 39.86 Wh kg −1 at a power density of 250 W kg −1 , and a long-term cycling stability keeping 97 % of its initial capacity after 10 000 cycles at 20 A g −1 . Furthermore, a symmetric cell (HHMCNs-900//HHMCNs-900) is assembled and demonstrates unexpected performances, showing a satisfying specific capacity (∼55 F g −1 at 0.1 A g −1 ), impressive rate capability (∼44 F g −1 at 5.0 A g −1 ), and superior stability with a capacitance retention of ∼95.3 % over 10 000 cycles at 10 A g −1 . These remarkable electrochemical performances suggest that the hierarchical hollow microsphere of carbon nanorods (HHMCNs) is an ideal electrode material for supercapacitors.

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