Lignin-derived carbon aerogels with high surface area for supercapacitor applications

超级电容器 比表面积 木质素 热解 碳纤维 材料科学 化学工程 吸附 储能 多孔性 电容 化学 复合材料 电极 有机化学 复合数 催化作用 工程类 物理化学 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Ting Wang,Zuguang Liu,Pengfei Li,Huiqing Wei,Kexin Wei,Xingren Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:466: 143118-143118 被引量:88
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143118
摘要

Carbon materials are attracting increasing interest in the field of supercapacitors because of their well-developed porous structures, large specific surface areas, long cycle life, good conductivity, and environmental friendliness. In this study, Kraft lignin extracted from black liquor was used to synthesize a lignin precursor via the sol–gel method. Under well-controlled pyrolysis conditions, this precursor produces lignin-based carbon aerogels (LECAs) with well-developed textural structures that exhibit excellent supercapacitor performance. A LECA with a specific surface area of 3742 m2 g−1 exhibits a saturated adsorption capacity of up to 3442 mg g−1 for methylene blue. As a supercapacitor electrode material, the LECA shows an excellent specific capacitance (504.7F g−1 at 0.2 A g−1) and a high stability (87.7% capacity retention after 10,000 cycles). In addition, a symmetric LECA-based supercapacitor exhibits high energy and power densities with maximum values of 18.1 Wh kg−1 and 16000 W kg−1, respectively. This excellent energy-storage ability may be attributable to the LECA electrode, which has an ultrahigh specific surface area, suitable pore size distribution, and trace amounts of heteroatoms such as O and S. Thus, this study provides a simple, scalable approach for improving the performance of lignin-based energy-storage materials and offers a route for the high-quality utilization of lignin derived from the pulp and paper industry toward the alleviation of environmental pollution.
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