Tunable synthesis of biomass-based hierarchical porous carbon scaffold@MnO2 nanohybrids for asymmetric supercapacitor

超级电容器 材料科学 生物量(生态学) 复合数 脚手架 纳米技术 化学工程 多孔性 电极 碳纤维 复合材料 电化学 化学 生物医学工程 海洋学 地质学 工程类 物理化学
作者
Xiaomin Yuan,Yue Zhang,Yushan Yan,Bingqing Wei,Kun Qiao,Bo Zhu,Xun Cai,Tsu‐Wei Chou
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:393: 121214-121214 被引量:65
标识
DOI:10.1016/j.cej.2019.03.090
摘要

Electrodeposition based on 3D scaffold-templates is a unique and facile method to tune the microstructure of composite electrode materials for energy storage devices. In this work, we developed a green process to fabricate 3D hierarchical porous carbon scaffold-MnO2 ([email protected]2) nanohybrids with colony-like microstructures. Acting as conductive template and pyrolysis accelerant, the 3D-HPCS enables microstructural control of MnO2 electrodeposits and facilitates valence conversion from Mn2+ to Mn4+. Comparing with depositing on nickel foam, the morphology of MnO2 changed from nanospheres to nanowrinkles when depositing on the 3D-HPCS templates. Benefiting from abundant forest-like micro/mesopores, the resultant 3D-HPCS possesses high specific surface area (1627 m2 g−1) and rich heteroatom dopants (6.94 wt%), affording a high gravimetric specific capacitance (231.5 F g−1) with outstanding cycling performance (95% capacitance retention after 10,000 cycles). The assembled asymmetric supercapacitor based on HPCS//[email protected]2 exhibits an energy density of 60.8 Wh kg−1 and a maximum power density of 20.7 kW kg−1. Our investigation has quantitatively proved that mesopores contribute more than micropores in increasing capacitance of HPCS and both surface capacitive and diffusion-controlled processes play roles in capacitive performance of [email protected]2. Moreover, the influence of the morphology and surface functionality on the electrochemical performances of composite electrodes have been analyzed.
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