N-doped cellulose-based carbon aerogels with a honeycomb-like structure for high-performance supercapacitors

超级电容器 气凝胶 材料科学 杂原子 比表面积 电解质 化学工程 碳纤维 电容 复合材料 电极 有机化学 化学 复合数 烷基 物理化学 工程类 催化作用
作者
Lei E,Jiaming Sun,Wentao Gan,Zhenwei Wu,Zhou Xu,Lifei Xu,Chunhui Ma,Wei Li,Shouxin Liu
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:38: 102414-102414 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.est.2021.102414
摘要

Derived from abundant biomass, porous carbon materials that have a unique structure, a high specific surface area, and heteroatom doping are promising electrodes for supercapacitors. In this work, using cellulose as the raw material and polypyrrole as the nitrogen source, a porous N-doped carbon aerogel with an interconnected honeycomb-like structure is synthesized by using ice crystals as a template, along with a facile CO2 activation treatment. The carbon aerogels possess a three-dimensional percolation network with a high specific surface area (1196 m2 g − 1) and numerous micropores (0.58 cm3 g − 1), which aid electrolyte penetration and ion storage. In addition, the doped N heteroatoms contribute to a pseudo-capacitance. As a result, the supercapacitor based on the prepared carbon aerogel exhibits a high specific capacitance (160 F g − 1), good charging/discharging rates, and an excellent cycling stability (only 0.18% loss after 3000 cycles). A specific energy up to 21.9 Wh kg−1 is achieved at a specific power of 145 W kg−1 when using a 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate electrolyte. This work demonstrates that a N-doped, cellulose-based carbon aerogel with an interconnected honeycomb-like percolation structure is a promising electrode material for high-performance supercapacitors.
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