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自支撐氟摻雜氮化硼多孔碳?xì)饽z用于高性能超級電容器
信息來源：本站 | 發(fā)布日期： 2021-11-23 08:23:53 | 瀏覽量：883468
成果簡介碳材料長期以來被廣泛用于超級電容器。然而，碳基超級電容器的實(shí)際應(yīng)用受到其低電荷存儲容量的嚴(yán)重限制。合理構(gòu)建雜原子摻雜和高比表面積的碳材料可以有效提高超級電容器的性能。本文，山東大學(xué)Shengfu Liu（第一作者）吳擁中/郝霄鵬教授（通訊作者）等研究人員在…
成果簡介
碳材料長期以來被廣泛用于超級電容器。然而，碳基超級電容器的實(shí)際應(yīng)用受到其低電荷存儲容量的嚴(yán)重限制。合理構(gòu)建雜原子摻雜和高比表面積的碳材料可以有效提高超級電容器的性能。本文，山東大學(xué)Shengfu Liu（第一作者）吳擁中/郝霄鵬教授（通訊作者）等研究人員在《Energy Techno》期刊發(fā)表名為“Self-Supported Fluorine-Doped Boron Carbonitride Porous Aerogels for High-Performance Supercapacitors”的論文，研究設(shè)計(jì)了一種自支撐氟摻雜氮化硼碳（F-BCN）氣凝膠材料用于超級電容器應(yīng)用。雜原子的引入增加了碳骨架的缺陷密度，擴(kuò)大了層間距，產(chǎn)生了豐富的電化學(xué)活性位點(diǎn)，從而促進(jìn)了離子在電極中的擴(kuò)散。F-BCN-3在1Ag-1的電流下比電容為524.9FG -1，組裝后的對稱超級電容器的最大能量密度為11.75 W h kg -1。對稱超級電容器在5000次充放電循環(huán)后仍能保持83%的比電容，表現(xiàn)出良好的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。該設(shè)計(jì)概念為碳材料在儲能設(shè)備中的進(jìn)一步應(yīng)用提供了有希望的指導(dǎo)。
導(dǎo)讀
圖1、a) F-BCN 氣凝膠材料的合成示意圖。F-BCN-3 的形態(tài)：b,c) SEM 圖像，d) TEM 圖像，插入 HRTEM 圖像顯示晶格條紋，以及 e) SEM 圖像和 B、C、N 和 F 元素的相應(yīng) EDS 映射。
圖2、F-BCN 樣品的結(jié)構(gòu)表征：a) XRD 圖；b) 拉曼光譜；c) FTIR 光譜；d) GA 和 F-BCN-3 的氮吸附等溫線；插圖顯示了樣品的 PSD 圖。
圖3、a) F-BCN 的 XPS 測量光譜；F-BCN-3的高分辨率光譜：b) C1s，c) N1s，d) B1s，e) F1s；f) 一系列 F-BCN 材料表面雜原子含量的比較。
圖4、GA、BCN 和 F-BCN 材料在三電極模式下的電化學(xué)性能
圖5、F-BCN-3樣品在三電極體系中的電化學(xué)性能
圖6、F-BCN對稱器件在雙電極體系中的電化學(xué)性能
小結(jié)
綜上所述，為 F-BCN 氣凝膠材料設(shè)計(jì)了一種新策略，使用 GO 和 NH 4 BF4作為前體，并采用簡便的水熱和高溫退火工藝。通過控制摻雜量，成功合成了具有高摻雜和大比表面積（496.7m2g-1）的自支撐材料。具有 B、N 和 F共摻雜的3D多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出豐富的表面活性位點(diǎn)，這種顯著的協(xié)同效應(yīng)可以加速電荷轉(zhuǎn)移。自支撐 F-BCN-3電極表現(xiàn)出大的比容量（524.9Fg-1，1Ag-1）和高穩(wěn)定性（在20Ag-1 10 000次循環(huán)后電容保持率約為0.91.4%）。組裝的對稱超級電容器裝置的最大能量密度為11.75Whkg-1。因此，F(xiàn)-BCN材料顯示出用于提高超級電容器性能的潛力，為碳材料在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新途徑。-
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