以废藜麦秸秆为原料制备高性能超级电容器电极材料
以废藜麦秸秆为原料制备高性能超级电容器电极材料
华东理工大学徐世爱教授团队近日在《ACS Omega》期刊发表最新研究成果，成功利用废弃藜麦秸秆制备出高性能多孔碳材料，为超级电容器电极材料的开发提供了新的思路。
研究团队以青藏高原的藜麦秸秆为原料，通过简单的预碳化和碳酸钾（K2CO3）活化工艺，制备出了一种新型多孔活性炭电极材料。这种材料在超级电容器中表现出优异的电化学性能。
图1. 利用废弃藜麦秸秆制备生物质多孔碳
图2.（a） QSC转化为多孔碳示意图，QSC（b）、QSC-2（c）、QSC-4（d）和QSC-3（e–g）的SEM照片
图3.QSC、QSC-2、QSC-3 和 QSC-4 的 XRD （a） 和拉曼光谱 （b）
图4.（a-d）N2QSC、QSC-2、QSC-3 和 QSC-4 的吸附和解吸等温线
图5。（A） 20 mVs–1时的CV曲线；（b） 0.5 A g–1时的GCD曲线；（c–f）QSC、QSC-2、QSC-3和QSC-4在5–100 mVs–1下的CV曲线
图6。（A） 30 mVs–1的CV曲线和（b）在3 M KOH中电压（1.1 V–1.6 V）为1 A g–1的GCD曲线，（c）在1 M Na2SO4中电压（1.4 V–2.1 V）为1A g–1时的CV曲线
图7。（a，c）在5 a g–1（3 M KOH和1 M Na2SO4）下测量循环稳定性，（b，d）在不同功率密度和电解质（3 M KOH和1 M Na2SO4的）下的能量密度
其中，优化后的QSC-3材料表现出尤为优异的性能：在0.5 A/g的电流密度下，比电容高达469.5 F/g；比表面积达到1802 m2/g，总孔体积为0.756 cm3/g。在3 M KOH电解液中，能量密度可达15.0 Wh/kg，功率密度为689.7 W/kg；在1 M Na2SO4电解液中，功率密度可达999.00 W/kg，能量密度为39.68 Wh/kg。此外，该材料还展现出出色的循环稳定性，在3 M KOH和1 M Na2SO4电解液中分别经过10,000次循环后，电容保持率仍高达97.55%和96.20%。
这项研究首次将废弃藜麦秸秆作为一种新型环保碳源用于生产高性能超级电容器电极材料，不仅为废弃生物质资源的高值化利用提供了新思路，也为开发低成本、高性能的超级电容器电极材料开辟了新途径。