Soft-template hydrothermal synthesis of N and B co-doped walnut-shaped porous carbon spheres with hydrophilic surfaces for supercapacitors

超级电容器 材料科学 化学工程 碳纤维 比表面积 电解质 碳化 电化学 石墨烯 层状结构 电极 纳米技术 化学 有机化学 扫描电子显微镜 复合数 复合材料 催化作用 物理化学 工程类
作者
Zhou Xu,Zhenwei Wu,Junlin Chi,Lei E,Yuxuan Liu,Yu Yin,Zheng Yang,Chunhui Ma,Wei Li,Sha Luo,Shouxin Liu
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:638: 158016-158016 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.158016
摘要

Biomass-derived carbon electrodes have attracted attention for alternative energy storage devices. However, it remains a challenge to obtain a hydrophilic surface while preserving the structure, stability, and reactivity. N and B co-doped walnut-shaped porous carbon spheres with hydrophilic surfaces were prepared by hydrothermal carbonization of glucosamine, boric acid, and triblock copolymers, followed by chemical vapor phase oxidation. Walnut-shaped structure can shorten the electron and ion transport pathways and improve diffusion efficiency. N and B atoms doped in the forms of pyridine N (N-6), pyrrole N (N-5), graphite N (N-Q), N oxide (N-Ox), or N-B, as well as CB3, CB2O, CBO2, or B-N can improve the stability, conductivity, and reactivity. Hydrophilic surface can promote the wetting of the electrolyte on carbon electrodes. Therefore, N and B co-doped walnut-shaped porous carbon spheres exhibit useful electrochemical performance. The specific capacitance reaches 281F·g−1 at a current density of 0.2 A·g−1, and the rate performance reaches 75% at 5 A·g−1. The assembled symmetrical supercapacitor shows a high specific capacitance of 189 F·g−1 at 0.1 A·g−1 and an energy density of 6.56 W·h·kg−1. Furthermore, it exhibits a high cycle stability after 5000 cycles at 2 A·g−1, maintaining 95% of initial specific capacitance.
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