東北石油大學(xué)：以龍眼殼為原料制備多孔碳材料

 

生物質(zhì)多孔碳為能量存儲(chǔ)提供了一種生態(tài)友好型解決方案，但在優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)和電化學(xué)穩(wěn)定性方面仍存在挑戰(zhàn)。近日，東北石油大學(xué)Huan Wang等研究人員在《ACS Appl. Energy Mater》期刊發(fā)表名為“N, O-Codoped Porous Carbon Derived from Longan Shells for High-Performance Supercapacitor Electrodes”的論文，研究提出了一種新型方法，以龍眼殼為原料制備氮氧摻雜多孔碳（NOPC）電極，該電極專(zhuān)為雙電層電容器（EDLC）而設(shè)計(jì)。通過(guò)高溫活化和表面摻雜尿素和硝酸優(yōu)化后的 N3OPC-3 電極表現(xiàn)出卓越的電化學(xué)性能，在6M KOH 電解液中進(jìn)行三電極測(cè)試時(shí)，電流密度為 0.5A·g–1時(shí)的比電容達(dá)到463F·g–1。

 

此外，基于N3OPC-3 的對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器在功率密度為700W h·kg–1時(shí)，能量密度高達(dá)31.9W h·kg–1，并且具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在循環(huán)10,000次后仍能保持89%的初始電容。這些優(yōu)異的性能特征可歸功于其發(fā)達(dá)的三維分層多孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)離子擴(kuò)散，氮和氧摻雜的協(xié)同效應(yīng)可促進(jìn)偽電容行為并提高電子導(dǎo)電性。這些結(jié)果凸顯了生物質(zhì)衍生材料作為可持續(xù)、高性能電極材料在儲(chǔ)能應(yīng)用方面的潛力，為傳統(tǒng)碳源提供了一種生態(tài)環(huán)保型替代品，同時(shí)滿足了對(duì)高效、可擴(kuò)展儲(chǔ)能系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的需求。

 

論文顯示，該研究團(tuán)隊(duì)已成功地從可持續(xù)發(fā)展的龍眼殼中提取出了NOPC，并將其用作 SC 的電極材料。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的 N3OPC-3 是通過(guò)高溫活化和水熱法摻雜尿素和硝酸合成的，具有三維分層多孔結(jié)構(gòu)，孔徑以微孔為主，富含氮和氧官能團(tuán)，有利于離子的高效擴(kuò)散和增強(qiáng)法拉第氧化還原反應(yīng)，顯著提高了能量密度和功率密度。因此，N3OPC-3 在 0.5 A·g–1條件下具有 463F·g–1的高比電容和 93.5% 的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性（在 200 mV-s-1 條件下循環(huán)10,000次）?；?N3OPC-3 的 EDLC 在 1 A·g–1時(shí)可提供 134 F·g–1 的超高容量，并在10 A·g–1時(shí)保持 94 F-g-1 的高容量。此外，該器件在功率密度為 700W h·kg–1時(shí)的最大能量密度為 31.9W h·kg–1，并具有超長(zhǎng)循環(huán)性能（在 20A·g–1 條件下循環(huán) 10,000 次后電容保持率為89%）。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)不同生物質(zhì)前驅(qū)體用作儲(chǔ)能材料具有一定的參考意義，為生產(chǎn)綠色儲(chǔ)能裝置提供了可行的思路。