Green activation method and natural N/O/S co-doped strategy to prepare biomass-derived graded porous carbon for supercapacitors

超级电容器 杂原子 热解 生物量(生态学) 碳纤维 材料科学 化学工程 微观结构 化学 有机化学 复合材料 电容 复合数 电极 生态学 生物 工程类 物理化学 戒指(化学)
作者
Wenchang Yue,Zhaosheng Yu,Xikui Zhang,Hongyu Liu,Tao He,Xiaoqian Ma
出处
期刊:Journal of Analytical and Applied Pyrolysis [Elsevier]
卷期号:178: 106409-106409 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.jaap.2024.106409
摘要

The sustainable development and high-value utilization of biomass energy were realized by the thermo-chemical method of converting waste biomass into porous carbon materials rich in functional groups and then used in supercapacitors. In this regard, a new method to obtain carbon materials was innovatively proposed in this study by the potassium acetate green activation method coupling natural heteroatom (N, O, S) co-doping strategy. Among them, the co-pyrolysis of spiral algae and bamboo successfully introduced heteroatom functional groups into the microstructure of the carbon materials, which opens up a simple, efficient, and green synthetic route for N/O/S co-doped porous carbon. The results indicated that BC-SA8 provided a capacitance of 320.4 F/g (0.5 A/g) as a carbon electrode in a three-electrode system, depending on its favorable sp2/sp3 hybridization, outstanding microstructure, and abundant heteroatom functional groups. In addition, the symmetric supercapacitor obtained using BC-SA8 exhibited 236.35 F/g at 0.25 A/g. At 10 A/g, SSC/BC-SA8 still had 94.29% capacitance retention after 10,000 cycles. The energy density of SSC/BC-SA8 is 8.21 Wh/kg and 5.42 Wh/kg at 62.5 W/kg and 5000 W/kg power density, respectively. Overall, this work proposed the extraction of heteroatom-rich porous carbon materials from natural biomass by the hybrid pyrolysis technique, laying the foundation for developing green, environmentally friendly, and sustainable heteroatom doping technology.
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