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High Capacitance Based on Vacancy Defective Porous Carbon in Ionic Liquid

材料科学 离子液体 电容 空位缺陷 碳纤维 多孔性 离子键合 化学工程 多孔介质 超级电容器 纳米技术 复合材料 离子 凝聚态物理 电极 物理化学 复合数 有机化学 催化作用 工程类 化学 物理
作者
Shihao Feng,Qi Zhao,Junjun Wang,Wei Zhang,Weixiao Wang,Ming Xu,Liang Zhou,Liqiang Mai,Dongyuan Zhao,Yong Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202401045
摘要

Abstract Porous carbons have been extensively studied in electrochemical capacitors (ECs). However, low capacitance remains a limitation due to the electrical double layer (EDL) storage mechanism when porous carbons are used in ionic liquids (ILs) based ECs. Herein, the nitrogen‐derived vacancy defects in porous carbon nanospheres are found which can boost capacitive charge storage and present reversible high capacitance of 427 F g −1 in pure IL electrolyte, equal to a normalized area capacitance (C A ) of 16 µF cm −2 , surpassing the theoretical EDL C A (≈11 µF cm −2 ). When used as capacitive cathode, the assembled Lithium hybrid capacitor express high energy density of 635 Wh kg −1 based on active material under much high‐power density of 14.5 kW kg −1 . A combination of control experiments and density functional theory investigation indicate that the EC's performance improvement mostly stems from strong interactions at vacancy defects, triggering extraordinary faradaic capacitance. The results shed light on defect engineering for realizing extra faradaic capacitance of carbon materials, and open up new opportunities for improving EC's energy density.
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