通过对多孔结构,石墨化程度和N,B共的平衡策略来提高碳基电极的超容性能

科学领域:

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• 储能 储能 储能 储能 储能 储能

背景情况:

• 提高碳基电极的电容性能需要优化多孔架构,异质原子兴奋剂和石墨化.
• 在碳材料中平衡缺陷和石墨化程度对超级电容器应用提出了重大挑战.

研究的目的:

• 通过"双重功能"战略,共同优化碳材料的多孔结构和组成.
• 通过同时进行石墨化,激活和 hetero-atom doping 来开发用于超级电容的高性能碳电极.

主要方法:

• 通过将K3Fe(C2O4) 3和H3BO3与凝溶液混合,形成一个均的复合水凝.
• 液凝经历了冷化和一个阶段的高温碳化过程.
• 描述包括分析石墨化程度 (ID/IG比),异质原子含量 (N,B),特定表面积和电化学性能测试.

主要成果:

• 由此产生的碳材料呈现出高的石墨化程度 (ID/IG = 0.9 ± 0.1),显著的异质原子兴奋剂 (N: 9.0 ± 0.3%,B: 6.9 ± 0.5%) 和大特定表面积 (1754 ± 58 m2/g).
• 电极在1A/g时显示出383±1F/g的优越电容.
• 密度函数理论 (DFT) 模拟和实验数据证实,N-5,B联合兴奋剂增强了KOH电解质中的法拉代反应活性,循环电量计 (CV) 曲线中独特的氧化还原峰值证明了这一点.
• 一个制造的离子混合超级电容器 (ZHSC) 在840W/kg的功率密度下实现了140.7Wh/kg的高能量密度.

结论:

• "双重功能"战略有效地共同优化碳材料特性,以提高超级电容器的性能.
• 通过一步过程同时进行石墨化,激活和N,B hetero-atom doping是先进电极材料的可行方法.
• 开发的N,B共碳电极显示出了ZHSC等高性能储能器件的巨大潜力.