Development of High-Performance Supercapacitor based on a Novel Controllable Green Synthesis for 3D Nitrogen Doped Graphene

超级电容器 材料科学 循环伏安法 石墨烯 电容 介电谱 化学工程 环境友好型 氮气 电解质 电极 纳米技术 电化学 化学 有机化学 生物 工程类 物理化学 生态学
作者
Noha A. Elessawy,Jehan El Nady,Wael Wazeer,Abd El‐Hady B. Kashyout
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1) 被引量:135
标识
DOI:10.1038/s41598-018-37369-x
摘要

Abstract 3D sponge nitrogen doped graphene (NG) was prepared economically from waste polyethylene-terephthalate (PET) bottles mixed with urea at different temperatures using green approach via a novel one-step method. The effect of temperature and the amount of urea on the formation of NG was investigated. Cyclic voltammetry and impedance spectroscopy measurements, revealed that nitrogen fixation, which affects the structure and morphology of prepared materials improve the charge propagation and ion diffusion. The prepared materials show outstanding performance as a supercapacitor electrode material, with the specific capacitance going up to 405 F g −1 at 1 A g −1 . An energy density of 68.1 W h kg −1 and a high maximum power density of 558.5 W kg −1 in 6 M KOH electrolytes were recorded for the optimum sample. The NG samples showed an appropriate cyclic stability with capacitance retention of 87.7% after 5000 cycles at 4 A g −1 with high charge/discharge duration. Thus, the prepared NG herein is considered to be promising, cheap material used in energy storage applications and the method used is cost-effective and environmentally friendly method for mass production of NG in addition to opening up opportunities to process waste materials for a wide range of applications.

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