A Refined Stepwise Carbonation Strategy for Controllable Synthesis of Porous Carbon for High‐Performance Zinc‐Ion Hybrid Capacitors

材料科学 碳化 碳纤维 微晶 化学工程 水热碳化 多孔性 超级电容器 无机化学 电容 复合材料 扫描电子显微镜 电极 冶金 化学 复合数 工程类 物理化学 结晶学
作者
Qian Liu,Tao Wang,Dianzeng Jia,Pengxu Ren,Dongling Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (35) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/adfm.202500016
摘要

Abstract The precise tailoring of the composition and structure of porous carbon is crucial for its application in capacitors. Herein, a refined stepwise carbonization strategy, involving holding the material at the melting temperature of metal salts for controlled carbonization, is proposed to precisely design coal tar pitch (CTP)‐based porous carbon. The stepwise carbonization effectively modulates the yield, pore structure, and defect level of the porous carbon. Dwelling at the melting point promotes the dehydration‐condensation of CTP and stabilizes the carbon skeleton, yielding a high carbon content. Theoretical calculations elucidate the interaction between metal salts and hydroxyl oxygen in CTP, and the energy barrier as a metric to evaluate the ability of metal salts to regulate the microcrystalline structure of carbon is proposed. Meanwhile, sodium alginate gels induced by the aforementioned metal salts are prepared, and the zinc‐ion hybrid capacitor assembled with the prepared porous carbon and gel exhibits superior specific capacity (219 mAh g −1 ), high energy density (176.2 Wh kg −1 ), and broad temperature range applicability (−40–75 °C). This study proposes a universal method for controlling the yield, microcrystalline structure, and capacitance properties of CTP‐based porous carbon. It holds promise for broadening the application scope in the preparation of other carbon materials.
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