Ultrafast-Freezing-Assisted Mild Preparation of Biomass-Derived, Hierarchically Porous, Activated Carbon Aerogels for High-Performance Supercapacitors

超级电容器 碳化 材料科学 介孔材料 电解质 活性炭 化学工程 电化学 比表面积 碳纤维 多孔性 电容 纳米技术 复合材料 化学 扫描电子显微镜 复合数 吸附 有机化学 电极 工程类 物理化学 催化作用
作者
Youfang Zhang,Chenyang Zhao,Wee Kit Ong,Xuehong Lu
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:7 (1): 403-411 被引量:71
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.8b03788
摘要

Lignin-derived carbon aerogels (CAs) with hierarchically porous morphologies are facially prepared via ultrafast freezing of droplets of lignin/KOH solutions followed by freeze-drying and in situ activation during carbonization. The CAs exhibit a high specific surface area of 1681.6 m² g⁻¹ and abundant mesopores and macropores, which facilitate electrolyte absorption into the carbon framework, ion diffusion, and charge transport. Moreover, the CAs also possess abundant oxygenated groups, which provide additional Faradaic redox reactions. Thus, this mild process, which involves much less KOH, is effective in boosting the electrochemical performance of the CAs as supercapacitor electrodes. The optimized CA exhibits a high specific capacitance of 189 F g⁻¹ at 1 A g⁻¹, a high energy density of 26.25 Wh kg⁻¹ at a power density of 1000 W kg⁻¹, and capacitance retention of 97.4% after 10000 cycles.
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