Hierarchical N-Doped Porous Carbons for Zn–Air Batteries and Supercapacitors

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作者
Beibei Guo,Ruguang Ma,Zichuang Li,Shaokui Guo,Jun Luo,Minghui Yang,Qian Liu,Tiju Thomas,Jiacheng Wang
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:12 (1): 20-20 被引量:108
标识
DOI:10.1007/s40820-019-0364-z
摘要

Abstract Nitrogen-doped carbon materials with a large specific surface area, high conductivity, and adjustable microstructures have many prospects for energy-related applications. This is especially true for N-doped nanocarbons used in the electrocatalytic oxygen reduction reaction (ORR) and supercapacitors. Here, we report a low-cost, environmentally friendly, large-scale mechanochemical method of preparing N-doped porous carbons (NPCs) with hierarchical micro-mesopores and a large surface area via ball-milling polymerization followed by pyrolysis. The optimized NPC prepared at 1000 °C (NPC-1000) offers excellent ORR activity with an onset potential ( E onset ) and half-wave potential ( E 1/2 ) of 0.9 and 0.82 V, respectively (vs. a reversible hydrogen electrode), which are only approximately 30 mV lower than that of Pt/C. The rechargeable Zn–air battery assembled using NPC-1000 and the NiFe-layered double hydroxide as bifunctional ORR and oxygen evolution reaction electrodes offered superior cycling stability and comparable discharge performance to RuO 2 and Pt/C. Moreover, the supercapacitor electrode equipped with NPC prepared at 800 °C exhibited a high specific capacity (431 F g −1 at 10 mV s −1 ), outstanding rate, performance, and excellent cycling stability in an aqueous 6-M KOH solution. This work demonstrates the potential of the mechanochemical preparation method of porous carbons, which are important for energy conversion and storage.
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