Nitrogen-doped porous carbon electrode for aqueous iodide redox supercapacitor

氧化还原 超级电容器 电解质 碳纤维 水溶液 化学工程 无机化学 碘化物 碳化 材料科学 电极 吸附 化学 电化学 有机化学 复合数 复合材料 物理化学 工程类
作者
Man Wang,Juan Yang,Siyu Liu,Xiaogang Che,Songjie He,Guohua Chen,Jieshan Qiu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:451: 138501-138501 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.138501
摘要

The incorporation of redox-active anions into aqueous electrolytes endows electrodes with enhanced specific energy density for supercapacitors. However, the congruent relationship between the redox chemistry of electrolytes and electrode surfaces is still not well understood. Herein, two-dimensional nitrogen-doped porous carbon nanosheets (denoted as NC-x with x being the carbonization temperature in Degree Celsius) are systematically synthesized by using general dual-crystals templating assisted strategy with pore structure and surface composition optimized. Employed as both positive and negative electrodes, the as-prepared NC-900 with a large specific surface area and ample graphitic N sites shows a high specific capacitance of 251 F g−1 with a voltage window of 1.6 V and energy density of 22.4 Wh kg−1 associated with 86.5% capacity retention after 30,000 cycles using aqueous iodide redox electrolyte. The experimental and theoretical analyses reveal the contributions of nitrogen configurations on the carbon scaffolds to accelerate the redox chemistry of iodides. The enhanced redox performance of the porous carbon nanosheets is linearly proportional to the graphitic N content, which is consistent with the large electron-donating area and the strong adsorption capacity towards iodine species at the graphitic N sites. This work shows a new design strategy of carbon electrodes for high-performance supercapacitors with the aqueous redox electrolytes.
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