Molten salt-confined construction of nitrogen-doped hierarchical porous carbon for high-performance supercapacitors

超级电容器 假电容 电解质 杂原子 材料科学 化学工程 功率密度 碳纤维 电容 电极 化学 复合材料 有机化学 物理化学 戒指(化学) 功率(物理) 物理 量子力学 复合数 工程类
作者
Huichao Liu,Xiaoshu Yao,Hua Song,Wenjing Hou,Yunzhen Chang,Ying Zhang,Sheng Zhu,Yanping Li,Yun Zhao,Gaoyi Han
出处
期刊:Diamond and Related Materials [Elsevier]
卷期号:128: 109289-109289 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.diamond.2022.109289
摘要

To synchronously elevate the energy and power density of electrical double-layer capacitors, extensive attention has been focused on the pore engineering and heteroatom doping of carbon materials. In this work, we report a molten salt-confined methodology for constructing nitrogen-doped porous carbon with cost-effective coal tar pitch and urea as carbon and nitrogen sources, respectively. The prepared N-doped hierarchical porous carbon (NHPC) exhibits a high specific area of 3373 m2 g−1 with the pore size widely distributed in the range of 1–15 nm. N-doping contributes pseudocapacitance and hierarchical porous structure accelerates the ion transport with a high diffusion coefficient of 3.3 × 10−7 cm2 s−1, leading to the greatly improved energy and power density. Electrochemical measurements reveal that the optimized NHPC electrode demonstrates a high specific capacitance of 341 F g−1 at current density of 0.5 A g−1 in 6.0 mol L−1 KOH electrolyte, as well as an energy density of 13.3 Wh kg−1 at a power density of 50.1 W kg−1 for the assembled cell. Furthermore, by using organic TEABF4 electrolyte, the assembled NHPC-based cell shows a high energy density of 67.5 Wh kg−1 at a power density of 376.7 W kg−1. This study provides a green synthetic route to construct hierarchical porous carbon for high-performance supercapacitors in both aqueous and organic electrolytes.
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