山东大学《Energy Techno》:自支撑氟掺杂氮化硼多孔碳气凝胶，用于高性能超级电容器

1成果简介 

碳材料长期以来被广泛用于超级电容器。然而，碳基超级电容器的实际应用受到其低电荷存储容量的严重限制。合理构建杂原子掺杂和高比表面积的碳材料可以有效提高超级电容器的性能。本文，山东大学Shengfu Liu（第一作者）吴拥中/郝霄鹏教授（通讯作者）等研究人员在《Energy Techno》期刊发表名为“Self-Supported Fluorine-Doped Boron Carbonitride Porous Aerogels for High-Performance Supercapacitors”的论文，研究设计了一种自支撑氟掺杂氮化硼碳（F-BCN）气凝胶材料用于超级电容器应用。

杂原子的引入增加了碳骨架的缺陷密度，扩大了层间距，产生了丰富的电化学活性位点，从而促进了离子在电极中的扩散。F-BCN-3在1Ag-1的电流下比电容为524.9FG -1，组装后的对称超级电容器的最大能量密度为11.75 W h kg -1。对称超级电容器在5000次充放电循环后仍能保持83%的比电容，表现出良好的电化学循环稳定性。该设计概念为碳材料在储能设备中的进一步应用提供了有希望的指导。

2图文导读  

图1、a) F-BCN 气凝胶材料的合成示意图。F-BCN-3 的形态：b,c) SEM 图像，d) TEM 图像，插入 HRTEM 图像显示晶格条纹，以及 e) SEM 图像和 B、C、N 和 F 元素的相应 EDS 映射。

图2、F-BCN 样品的结构表征：a) XRD 图；b) 拉曼光谱；c) FTIR 光谱；d) GA 和 F-BCN-3 的氮吸附等温线；插图显示了样品的 PSD 图。

图3、a) F-BCN 的 XPS 测量光谱；F-BCN-3的高分辨率光谱：b) C1s，c) N1s，d) B1s，e) F1s；f) 一系列 F-BCN 材料表面杂原子含量的比较。

图4、GA、BCN 和 F-BCN 材料在三电极模式下的电化学性能

图5、F-BCN-3样品在三电极体系中的电化学性能

图6、F-BCN对称器件在双电极体系中的电化学性能

3小结 

综上所述，为 F-BCN 气凝胶材料设计了一种新策略，使用 GO 和 NH 4 BF4作为前体，并采用简便的水热和高温退火工艺。通过控制掺杂量，成功合成了具有高掺杂和大比表面积（496.7m2g-1）的自支撑材料。具有 B、N 和 F共掺杂的3D多孔网络结构呈现出丰富的表面活性位点，这种显着的协同效应可以加速电荷转移。自支撑 F-BCN-3电极表现出大的比容量（524.9Fg-1，1Ag-1）和高稳定性（在20Ag-1 10 000次循环后电容保持率约为0.91.4%）。组装的对称超级电容器装置的最大能量密度为11.75Whkg-1。因此，F-BCN材料显示出用于提高超级电容器性能的潜力，为碳材料在储能领域的应用开辟了新途径。

文献:

https://doi.org/10.1002/ente.202100824

▼往期精彩回顾▼扬州大学《Energy Fuels》：以芦苇花为原料制备掺氮多孔碳，用于超级电容器电极
南京工业大学《Carbon》：MoSe2 /石墨烯异质结构组装而成的混合纤维可改进超级电容性能
导师介绍：沈明 教授--扬州大学化学化工学院

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来源：文章来自Energy Techno网站，由材料分析与应用整理编辑。

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