KOH活化与氮磷共掺杂苯并恶嗪基碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

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碳材料作为超级电容器(supercapacitors,SCs)的电极材料,一般具有良好的倍率性能及循环稳定性,但它的比电容有限。KOH活化法与氮磷共掺杂法是提高碳材料的比电容的有效方法。因此,本课题围绕苯并噁嗪基碳材料开展了如下工作:  (1)通过KOH活化法制备了苯并噁嗪基多孔碳材料(KOH-Cs)。其中KOH-5-1具有1433.2m2/g的比表面积。KOH-5-1电极在0.5A/g电流密度下具有184.0F/g的比电容,在15A/g电流密度下仍具有168.9F/g的比电容,在5A/g电流密度下循环5000次仍具有175.7F/g的比电容和97.0%的电容保留率。KOH活化形成的微孔和介孔分别能提高KOH-Cs电极的比电容和倍率性能。  (2)通过氮磷共掺杂法制备了氮磷共掺杂苯并噁嗪基碳材料(C/P-Cs)。该材料具有高氮磷含量(N:7.5wt%,P:13.6wt%)。其中C/P-20-1电极在0.5A/g电流密度下具有203.0F/g的比电容,在20A/g电流密度下仍具有173.2F/g的比电容,在5A/g电流密度下循环5000次仍具有175.0F/g的比电容和90.1%的电容保留率。C/P-20-1电极组装的SCs在50W/kg的功率密度下具有11.45Wh/kg的能量密度,在25kW/kg的功率密度下仍具有5.55Wh/kg的能量密度,在5A/g电流密度下循环10000次仍具有79.9%的电容保留率。这归功于氮磷共掺杂的作用。
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