成果简介
以设计中孔为主的活化剂碳电极在提高电解质击穿电压和超级电容器的能量密度方面取得了重大突破。本文，广东以色列理工学院DayakarGandla等研究人员在《ACSOmega》期刊发表名为“High-PerformanceandHigh-VoltageSupercapacitorsBasedonN-DopedMesoporousActivatedCarbonDerivedfromDragonFruitPeels”的论文，研究在KOH为活化剂，三聚氰胺为掺杂剂的协同作用下，以富含生物质前驱体的龙果皮为原料，设计了N掺杂的介孔占主导的分层活化碳（N-D-FAC），具有最佳N掺杂含量的电极在5mAcm-2时表现出最高的比电容为Fg–1，在mAcm处进行00次充放电循环之前，其循环稳定性为％的电容保持率2在6MKOH水溶液中。
本文设计一个4V对称纽扣电池超级电容器电池，该电池具有显着的比能量和比功率，分别为Whkg–1和Wkg–1分别在有机电解质中。在≥3.5V的工作电压下进行0GCD循环后，该电池还表现出比商用YP-50AC更高的循环寿命（％的电容保持率）（60％的电容保持率）。中孔允许的更大的扩散离子层德拜长度可以解释较高的电压窗口，并且dfAC中的极性N掺杂物质会增强电容和离子传输。结果为利用环保和可持续的生物质设计高容量和高工作电压的EDLC提供了一条新途径材料通过适当调整它们的孔结构。
图文导读
图1.从火龙果皮合成N掺杂的多孔AC的示意图。
图2.（a）dfAC，（b）和（c）N-dfAC-0.5和（d）N-dfAC-1的SEM图像。（e–g）N-dfAC-0.5中C，N和O元素的EDS元素映射。（h–j）N-dfAC-0.5的TEM图像显示了微孔和中孔结构。
图3.（a）dfAC和N-dfAC的XPS调查光谱，以及（b）N-dfAC-0.5的高分辨率N1sXPS光谱。（c）dfAC和N-dfAC的N2吸附-解吸等温线。（d）从微孔到中孔的孔径分布。（e）dfAC，N-dfAC-0.5和N-dfAC-1的拉曼光谱。
图4.（a）扫描速率为50mVs–1时，dfAC，N-dfAC-0.5和N-dfAC-1的比较CV曲线（b）不同扫描率下的N-dfAC-0.5的CV曲线从5到mVs–1（c）在5mAcm–2的电流密度下dfAC，N-dfAC-0.5和N-dfAC-1的GCD图。（d）在5至mAcm–2的各种电流密度下，N-dfAC-0.5的GCD曲线。（e）在不同电流密度下dfAC和N-dfAC的比电容。
图5.dfAC和N掺杂的dfAC超级电容器在1MTEABF4/乙腈有机电解质中的电化学性能。
图6.（a）最佳孔径对由各种材料制成的EDLC的工作电压的影响碳电极发布。（b）Ragone图显示了N-dfAC-0.5与报告的能量比与能量比碳对称超级电容器。（c，d）分别进入商业YP-50FAC和分级AC的微孔和中孔的小离子和大离子的2D投影视图的示意图。
小结
以火龙果皮为原料，采用碳化碳，KOH活化和三聚氰胺取代两步工艺，合成了介孔型N取代炭（N-dfAC）。本研究揭示了一条通过掺杂和介孔协同作用实现交流电极高电压和高功率密度的工程途径。
文献：
