Facile and scalable preparation of cage-like mesoporous carbon from lignin-based phenolic resin and its application in supercapacitor electrodes

木质素 超级电容器 碳化 介孔材料 材料科学 碳纤维 化学工程 电化学 电极 有机化学 复合材料 化学 复合数 催化作用 扫描电子显微镜 工程类 物理化学
作者
Wei Li,Guanhua Wang,Wenjie Sui,Ting Xu,Zhifang Li,Ashak Mahmud Parvez,Chuanling Si
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:196: 819-827 被引量:138
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2022.05.053
摘要

Due to the similarity in chemical structure, lignin has presented great potential in the synthesis of bio-based phenolic resin. Herein, a facile and scalable synthesis strategy for a novel cage-like lignin-based phenolic resin was proposed through direct spray drying of the mixture of phenolic resin and unmodified lignin. The as-prepared lignin-based phenolic resin was pre-carbonized and carbonized using KOH to produce mesoporous carbon materials (LPRAC) that were further employed as supercapacitor electrodes. The results revealed that the lignin addition led to the noticeable change of the resin shape from perfect sphere to cage-like structure owing to the surfactivity and hydrophilicity of lignin. The cage-like structure promoted the KOH-activated pore generation and expansion in the carbonization process, resulting in the significantly increased specific surface area of the phenolic carbon and the intensified mesoporous formation. The electrochemical performance determination indicated that the specific capacitance of LPRAC-20% (20% lignin addition) was 217.3 F/g at 0.5 A/g, which was considerably higher than that of the lignin-free phenolic carbon (122.6 F/g). Moreover, the LPRAC-20% also exhibited preferable capacitance retention and excellent cycling stability. Accordingly, the present work offers a simple and scalable approach to prepare cage-like mesoporous carbon with excellent electrochemical performance from lignin-based phenolic resin and thus provides a promising route for lignin valorization in energy storage materials.
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