华工/伦敦大学学院AFM:用于超等电容器电极的生物质衍生碳

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开辟具有高质量负载和高效电子/离子传输的柔性电极具有紧张意义,但创新实用于高能密度使用的电极布局仍具有应战。


基于此,华南理工大学王小慧传授和英国伦敦大学学院何冠杰博士(配合通讯作者)等人经过捐躯模板法在界面工程纤维素织物中原位构成了木质素磺酸盐衍生的N/S共掺杂石墨碳(NS-(DA)n-Cell)。
实行和实际盘算都标明,构成的石榴状布局具有一连的导电途径和多孔特征,容许在整个布局充实传输离子/电子。所取得的柔性电极可提供6534 mF cm-2(335.1 F g-1)的明显集成电容,而且在产业实用的负载量为19.5 mg cm-2时具有良好的波动性。
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为了展现NS-(DA)n-Cell阳极明显电化学功能的潜伏机理,举行了实际盘算。这种多孔布局为电解质离子在电极中分散提供了丰厚的途径,招致沿电极深度偏向呈现低浓度梯度。
相反,没有界面改性的电极层分列麋集,招致电解质离子分散速率较慢,电解质离子仅积累在电极外表。
经过水打仗角丈量,电解液滴与NS-(DA)n-Cell电极打仗时被敏捷吸取,经过杂原子掺杂外表化学进步电解质的亲和力和润湿性,进一步减速了电解质离子的传输。
因而,这种共同的具有超亲水性外表的多孔石榴状布局可以包管在高质量负载下充足的电解质离子传输。
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电荷密度差分图标明,电荷收集在N、S掺杂原子四周。态密度图标明,与未掺杂石墨碳相比,N/S共掺杂石墨碳的费米能级间接挪动到导带,有利于进步电子电导率。
H+在未掺杂石墨碳外表的吸附能为1.42 eV,N、S共掺杂后,H+在N/S共掺杂石墨碳的S和N位点的吸附能辨别为0.60和-1.39 eV,标明H+的吸附才能明显进步。
N、S共掺杂经过共同的多孔石榴状布局包管了充足的离子传输才能,进步了电导率并加强了H+吸附才能,有助于NS-(DA)n-Cell阳极体现出明显的电化学功能。
Interface Engineering of Biomass-Derived Carbon used as Ultrahigh-Energy-Density and Practical Mass-Loading Supercapacitor Electrodes. Adv. Funct. Mater.2022, DOI: 10.1002/adfm.202212078.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202212078.




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