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Sub-nanopores-containing N,O-codoped porous carbon from molecular-scale networked polymer hydrogel for solid-state supercapacitor

引用

Chinese Chemical Letters 2021年第3期32卷 1111-1116页

作者： Meiling Wang Tianyuan Zhang Mingzhu Cui Weifeng Liu Xuguang Liu Jianwei Zhao Jiadong Zhou Institute of New Carbon Materials Taiyuan University of TechnologyTaiyuan 030024China College of Material and Textile Engineering Jiaxing UniversityJiaxing 314001China Department of Chemistry University of WashingtonSeattleWashington 98195United States School of Materials Science and Engineering Nanyang Technological UniversitySingapore 639798Singapore Institute of Crystalline Materials Shanxi UniversityTaiyuan 030006China

A template-free carbonization-activation route is developed to fabricate sub-nanopore-containing porous carbon by using a novel polypyrrole(PPy)hydrogel as a precursor.This design of PPy hydrogel precursor containing molecular-scale grids(diameter~2.0 nm)allows for homogeneous N,O-codoping into the porous carbon scaffold during the pyrolysis process.A subsequent activation step produces activated porous carbons(APCs)with tailored pore structures,which renders the APCs abundant subnanopores on their surface to increase the specific capacitance as extra capacitance sites.Coupled with large specific surface area and abundant heteroatoms,the optimized APC4/1 displays excellent specific capacitance of 379 F/g for liquid-state supercapacitor and 230 F/g for solid-state supercapacitor.The solid-state supercapacitor shows a high energy density of 22.99 Wh/kg at power density of 420 W/kg,which is higher than most reported porous carbon materials and satisfy the urgent requirements of elementary power source for electric vehicles.Moreover,this method can be easily modified to fabricate sub-nanopore-containing porous carbons with preferred structures and compositions for many applications.

关键词： Hydrogel Sub-nanopores carbonization-activation Porous carbon Heteroatomdoping Solid-state supercapacitor

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