Chemically Exfoliating Biomass into a Graphene‐like Porous Active Carbon with Rational Pore Structure, Good Conductivity, and Large Surface Area for High‐Performance Supercapacitors

材料科学 超级电容器 石墨烯 碳化 多孔性 电导率 化学工程 碳纤维 石墨烯泡沫 电容 纳米技术 比表面积 复合材料 电极 氧化石墨烯纸 复合数 有机化学 扫描电子显微镜 催化作用 工程类 物理化学 化学
作者
Shiyu Lu,Jin Meng,Yan Zhang,Yu‐Bing Niu,Jiechang Gao,Chang Ming Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (11) 被引量:486
标识
DOI:10.1002/aenm.201702545
摘要

Abstract Active carbons have unique physicochemical properties, but their conductivities and surface to weight ratios are much poorer than graphene. A unique and facile method is innovated to chemically process biomass by “drilling” holes with H 2 O 2 and exfoliating into graphene‐like nanosheets with HAc, followed by carbonization at a high temperature for highly graphitized activated carbon with greatly enhanced porosity, unique pore structure, high conductivity, and large surface area. This graphene‐like carbon exhibits extremely high specific capacitance (340 F g −1 at 0.5 A g −1 ) and high specific energy density (23.33 to 16.67 W h kg −1 ) with excellent rate capability and long cycling stability (remains 98% after 10 000 cycles), which is much superior to all reported carbons including graphene. Synthesis mechanism for deriving biomass into porous graphene‐like carbons is discussed in detail. The enhancement mechanism for the porous graphene‐like carbon electrode reveals that rationally designed meso‐ and macropores are very critical in porous electrode performance, which can network micropores for diffusion freeways, high conductivity, and high utilization. This work has universal significance in producing highly porous and conductive carbons from biomass including biowastes for various energy storage/conversion applications.
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