Flexible Solid-State Supercapacitors with Outstanding Capacitive Performance Enabled by N/B-Codoped Porous Carbon Nanosheets

超级电容器 材料科学 电容 化学工程 石墨烯 纳米技术 碳纤维 电极 电解质 电化学 复合材料 化学 复合数 工程类 物理化学
作者
Bei Liu,Hongbiao Chen,Mei Yang,Yijiang Liu,Huaming Li
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (8): 7552-7561 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsaem.1c00746
摘要

With the rapid development of flexible solid-state supercapacitors, there is a pressing need for designing and fabricating thin-film electrodes with excellent capacitive performance. Herein, we report the fabrication of freestanding N/B-codoped carbon films by pyrolyzing ammonium pentaborate-templated tris(2-chloroethyl)amine hydrochloride, followed by vacuum filtration. The as-fabricated N/B-codoped carbon nanosheets (namely, BNC-850) with a thickness of around 4.0 nm have a hierarchical pore structure, a high specific surface area (883 m2 g–1), and high N/B contents (9.6 atom % N and 3.9 atom % B). Benefiting from the graphene-like structure and the high level of N/B-codoping, the freestanding BNC-850 film electrode manifested both high specific capacitance (361 F g–1 at 0.5 A g–1) and high rate capability (83.1% capacitance retention at 1.0–100 A g–1) in an aqueous alkali electrolyte. In addition, flexible solid-state supercapacitors assembled with the BNC-850 film electrode also manifested high capacitance (281 F g–1 at 1.0 A g–1) and high rate capability (76.6% capacitance retention at 1.0–50 A g–1) in an alkali poly(vinyl alcohol) (PVA)–KOH gel electrolyte together with high energy density (30.14 Wh kg–1) in a neutral sodium carboxymethyl cellulose (CMCNa)–Na2SO4 gel electrolyte. Considering that such N/B-codoped carbon nanosheets can be easily fabricated on a large scale using inexpensive and commercially available precursors and templates, they should have great potential for application in flexible solid-state supercapacitors.
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