Green and Facile Synthesis of N/S Codoped Hierarchical Porous Carbon from Gelatin for Advanced-Performance Supercapacitors

超级电容器 明胶 介孔材料 多孔性 比表面积 材料科学 化学工程 电容 法拉第效率 碳纤维 纳米技术 电解质 化学 复合材料 电极 有机化学 催化作用 工程类 复合数 物理化学
作者
Yunxiao Zhang,Shanxia Hu,Tiantian Hu,Zhe He,Jingqiang Zhang,Mengting Wang,Minjie Zhou,Zhaohui Hou,Wenyuan Xu,Binhong He,Yü Liu
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (15): 6198-6208 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsaem.4c00528
摘要

The effective promotion of practical applications for supercapacitors requires the utilization of available natural resources as sustainable precursors for the development of high-performance electrodes. Furthermore, addressing the challenges of inferior specific capacitance, limited energy density, and poor rate capacity in supercapacitors largely relies on the reasonable design of the porosity frameworks and the surface properties of carbon materials. Herein, we propose a sustainable and facile avenue for synthesizing N/S codoping three-dimensional (3D) interrelated porous carbon utilizing the pyrolysis of gelatin (Gel) impregnated with toxic dye (water contaminant methylene blue, MB). The synthesized Gel/MB–2–700 retains a relatively large specific surface area (2042.98 cm2 g–1), elevated N (11.25%) and moderate S (0.7%) contents, a high density of micropores, and proper mesoporous distribution, all of which are essential to boosting ion diffusion and enhancing capacitive performance. As a result, Gel/MB–2–700 has been confirmed to be an exceptional electrode for supercapacitors, displaying a satisfactory specific capacity of 316 F g–1 at 1 A g–1 and a superior rate property of 80.8% at 10 A g–1 in a three-electrode system. The assembled symmetric device (Gel/MB–2–700//Gel/MB–2–700) exhibits superior cycling durability of 99.03% and Coulombic efficiency of 98.6% after 10 000 cycles at 2 A g–1. Remarkably, an exceptional energy density can reach 10.35 Wh kg–1 at 500 W kg–1. Our study offers a promising and eco-friendly avenue for synthesizing multidoped hierarchical porous carbon electrode materials for low-cost and high-performance supercapacitors.
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