东北石油大学：以龙眼壳为原料制备多孔碳材料

东北石油大学：以龙眼壳为原料制备多孔碳材料

 

生物质多孔碳为能量存储提供了一种生态友好型解决方案，但在优化孔隙结构和电化学稳定性方面仍存在挑战。近日，东北石油大学Huan Wang等研究人员在《ACS Appl. Energy Mater》期刊发表名为“N, O-Codoped Porous Carbon Derived from Longan Shells for High-Performance Supercapacitor Electrodes”的论文，研究提出了一种新型方法，以龙眼壳为原料制备氮氧掺杂多孔碳（NOPC）电极，该电极专为双电层电容器（EDLC）而设计。通过高温活化和表面掺杂尿素和硝酸优化后的 N3OPC-3 电极表现出卓越的电化学性能，在6M KOH 电解液中进行三电极测试时，电流密度为 0.5A·g–1时的比电容达到463F·g–1。

 

此外，基于N3OPC-3 的对称超级电容器在功率密度为700W h·kg–1时，能量密度高达31.9W h·kg–1，并且具有优异的循环稳定性，在循环10,000次后仍能保持89%的初始电容。这些优异的性能特征可归功于其发达的三维分层多孔结构，该结构可增强离子扩散，氮和氧掺杂的协同效应可促进伪电容行为并提高电子导电性。这些结果凸显了生物质衍生材料作为可持续、高性能电极材料在储能应用方面的潜力，为传统碳源提供了一种生态环保型替代品，同时满足了对高效、可扩展储能系统日益增长的需求。

 

论文显示，该研究团队已成功地从可持续发展的龙眼壳中提取出了NOPC，并将其用作 SC 的电极材料。经过优化的 N3OPC-3 是通过高温活化和水热法掺杂尿素和硝酸合成的，具有三维分层多孔结构，孔径以微孔为主，富含氮和氧官能团，有利于离子的高效扩散和增强法拉第氧化还原反应，显著提高了能量密度和功率密度。因此，N3OPC-3 在 0.5 A·g–1条件下具有 463F·g–1的高比电容和 93.5% 的长循环稳定性（在 200 mV-s-1 条件下循环10,000次）。基于 N3OPC-3 的 EDLC 在 1 A·g–1时可提供 134 F·g–1 的超高容量，并在10 A·g–1时保持 94 F-g-1 的高容量。此外，该器件在功率密度为 700W h·kg–1时的最大能量密度为 31.9W h·kg–1，并具有超长循环性能（在 20A·g–1 条件下循环 10,000 次后电容保持率为89%）。这些发现对不同生物质前驱体用作储能材料具有一定的参考意义，为生产绿色储能装置提供了可行的思路。