Polyhydroxyalkanoate‐Modified Bacterium Regulates Biomass Structure and Promotes Synthesis of Carbon Materials for High‐Performance Supercapacitors

超级电容器 材料科学 羟基烷酸 电解质 碳纤维 生物量(生态学) 电容 化学工程 环境友好型 纳米技术 微生物燃料电池 电极 化学 阳极 细菌 复合材料 海洋学 地质学 工程类 复合数 物理化学 生物 遗传学 生态学
作者
Kejing Zhang,Mingren Liu,Mengying Si,Zhongren Wang,Shengnan Zhuo,Liyuan Chai,Yan Shi
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:12 (8): 1732-1742 被引量:28
标识
DOI:10.1002/cssc.201802894
摘要

Abstract Biomass‐derived carbons have been extensively explored as electrode materials in supercapacitors. However, the type of biomass selected and its specific structure affects the synthesis of the advanced biomass‐derived carbon materials. A green and facile method for the synthesis of carbon material with nanoscale and microscale porous structures for supercapacitors has been developed, based on regulating the original cell structure of the bacterial strain. The cell structure is modified in situ by regulating the accumulation of polyhydroxyalkanoate under controlled cultivation conditions. The novel bacterial in situ modification and nitrogen doping endow this hierarchically derived carbon material with improved performance. This material exhibits an extremely high specific capacitance (420 F g −1 at 1 A g −1 ) and long cycling stability (97 % capacitance retention after 10 000 cycles at 5 A g −1 ) in aqueous electrolytes. More importantly, the symmetric supercapacitor delivers a superior energy density of 60.76 Wh kg −1 at 625 W kg −1 in an ionic liquid electrolyte system. Moreover, all components in the synthesis are low in cost, environmentally friendly, and biocompatible. With these unique features, the bacterial self‐modification mode opens new avenues into the design and production of a wide range of hierarchical structures.
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