廢棄小龍蝦殼為原料製備多孔碳材料實現高性能超級電容器電極材料

本文要點：

• 從大量的生物油（HB）中綠色合成分級多孔碳（HPC）。
• 使用小龍蝦殼（CS）作為生物模板獲得的獨特多孔碳。
• 氧摻雜的HPC在0.5Ag-1時具有351Fg-1的高比電容。
• 組裝好的對稱超級電容器在350Wkg-1時可提供20Whkg-1的出色能量密度。

1成果簡介

原始生物質在高性能超級電容器中的實際應用主要由於它們相對稀少的有效存儲位點和低擴散動力學而受到阻礙。本文，中國科學技術大學/工程科學學院/熱科學和能源工程系朱錫鋒教授團隊在《Carbon》期刊發表名為「Synthesis of 3D-interconnected hierarchical porous carbon from heavy fraction of bio-oil using crayfish shell as the biological template for high-performance supercapacitors」的論文，研究基於硬模板法，伴隨著不同的NaOH活化溫度，從重質生物油（HB）中合成了分級多孔碳（HPC）。

得益於良好的3D互連分層多孔結構，超高的比表面積（3095 m 2 g -1），大的總孔體積（1.66 cm 3 g -1）以及合理的氧原子含量（7.83 at。％） ），CSB-800的重量比電容高達351 F g -1（0.5 A g -1），這比以前報導的其他基於生物質的材料要好得多或至少可比。此外，組裝的CSB-800 // CSB-800對稱超級電容器在功率密度為350 W kg -1（0.5 A g -1）時可以達到20 W h kg -1的出色能量密度。基於HB的HPC的方法為探索由工業副產物和廚房廢物大規模合成電極材料開闢了新的途徑。

2圖文導讀

圖1。HB的元素分析和GC / MS分析

圖2。（a）通過生物模板策略在不同的NaOH活化溫度下從HB合成HPC的示意圖。（b）HB-800，（c）CSB-700，（d）CSB-800和（e）CSB-900的FESEM圖像。（fg）CSSEM-800的FESEM圖像和相應的EDS映射。

圖3。（a）N 2吸附-解吸等溫線；（b）HB-800和CSB-n的孔徑分布（PSD），（c）XRD圖，（d）拉曼光譜和（ef）高解析度XPS光譜（n = 700、800或900）。

圖4。在具有6 M KOH電解質的三電極系統中測得的HB-800和CSB-n（n = 700、800或900）的電化學性能：（a）CVs的掃描速率為50 mV s -1；（b）1 A g -1時的GCD曲線；（c）電流密度為0.5至20 A g -1時的重量電容；（d）的Nyquist曲線和Ë博德相位圖; （f）先前報導的水性電解質中基於生物質的HPC的重量電容的性能比較。

圖5。在K（OH）0.2（OAc）0.8 ·2.78H 2 O電解質中測量的組裝後的CSB-800 // CSB-800對稱超級電容器的電化學性能。

3小結

本文作者成功地將CS用作生物學模板，以輔助理想的富氧前體HB合成高性能高性能超級電容器的合成HPC。HPC的微觀結構和孔隙率可以通過控制熱活化溫度來調節。本文的工作是一個典型的示例，該示例使用從生物煉油廠中收集的副產品和從廚餘中獲得的小龍蝦殼，通過簡單的合成方法實現高性能超級電容器電極材料的結構工程。結果表明，CSB-800在電極材料方面具有廣闊的前景，為從工業副產品和廚房垃圾中獲得高附加值產品開闢了一條新途徑。

文獻：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.11.083

來源：材料分析與應用