Self-activation of cellulose: A new preparation methodology for activated carbon electrodes in electrochemical capacitors

材料科学 活性炭 热解 惰性气体 石墨烯 纤维素 化学工程 电化学 纳米技术 碳纤维 退火(玻璃) 吸附 电极 复合材料 有机化学 化学 复合数 工程类 物理化学
作者
Clement Bommier,Rui Xu,Wei Wang,Xingfeng Wang,David Wen,Jun Lü,Xiulei Ji
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:13: 709-717 被引量:130
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2015.03.022
摘要

Current synthetic methods of biomass-derived activated carbon call for a costly chemical or physical activation process. Herein, we report a simple one-step annealing synthesis yielding a high surface area cellulose-derived activated carbon. We discover that simply varying the flow rate of Argon during pyrolysis enables ‘self-activation’ reactions that can tune the specific surface areas of the resulting carbon, ranging from 98 m2/g to values as high as 2600 m2/g. Furthermore, we, for the first time, observe a direct evolution of H2 from the pyrolysis, which gives strong evidence towards an in situ self-activation mechanism. Surprisingly, the obtained activated carbon is a crumbled graphene nanostructure composed of interconnected sheets, making it ideal for use in an electrochemical capacitor. The cellulose-derived nanoporous carbon exhibits a capacitance of 132 F g−1 at 1 A g−1, a performance comparable to the state-of-the-art activated carbons. This work presents a fundamentally new angle to look at the synthesis of activated carbon, and highlights the importance of a controlled inert gas flow rate during synthesis in general, as its contributions can have a very large impact on the final material properties.
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