Hazardous Petroleum Sludge-Derived Nitrogen and Oxygen Co-Doped Carbon Material with Hierarchical Porous Structure for High-Performance All-Solid-State Supercapacitors

超级电容器 材料科学 电容 杂原子 电解质 化学工程 储能 碳纤维 比表面积 功率密度 电极 纳米技术 复合材料 化学 有机化学 功率(物理) 复合数 催化作用 戒指(化学) 物理 物理化学 量子力学 工程类
作者
Xiaoyu Li,Mingyang Zhang,Zhuowei Tan,Zhiqiang Gong,Peikun Liu,Zhenbo Wang
出处
期刊:Materials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (10): 2477-2477 被引量:5
标识
DOI:10.3390/ma14102477
摘要

Rational design and sustainable preparation of high-performance carbonaceous electrode materials are important to the practical application of supercapacitors. In this work, a cost-effective synthesis strategy for nitrogen and oxygen co-doped porous carbon (NOC) from petroleum sludge waste was developed. The hierarchical porous structure and ultra-high surface area (2514.7 m2 g−1) of NOC electrode materials could provide an efficient transport path and capacitance active site for electrolyte ions. The uniform co-doping of N and O heteroatoms brought enhanced wettability, electrical conductivity and probably additional pseudo-capacitance. The as-obtained NOC electrodes exhibited a high specific capacitance (441.2 F g−1 at 0.5 A g−1), outstanding rate capability, and cycling performance with inconspicuous capacitance loss after 10,000 cycles. Further, the assembled all-solid-state MnO2/NOC asymmetrical supercapacitor device (ASC) could deliver an excellent capacitance of 119.3 F g−1 at 0.2 A g−1 under a wide potential operation window of 0–1.8 V with flexible mechanical stability. This ASC device yielded a superior energy density of 53.7 W h kg−1 at a power density of 180 W kg−1 and a reasonable cycling life. Overall, this sustainable, low-cost and waste-derived porous carbon electrode material might be widely used in the field of energy storage, now and into the foreseeable future.

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