Abstract Besides the inexpensive and simple synthesis, pursuing high-energy density whilst maintaining intrinsic high-power density is a huge challenge for supercapacitors (SCs) application. Herein, in-situ Nitrogen(N)-Oxygen(O)-Sulfur(S) co-doped three-dimensional (3D) porous activated carbon materials (A-LPCs) are successfully prepared from the locust pest via a facile one-step carbonization/activation method. The resultant A-LPCs through self-template method exhibit the perfect combination of micro-, meso-, and macropores, desirable pore distribution, large accessible specific surface area (SSA), high degree of graphitization, tunable N, O, S doping as well as excellent wettability, which are beneficial to charge/ion storage and transfer of electrolyte. These features endow the prepared A-LPCs with a high specific capacitance of 433.7 F g−1 at 1 A g−1. The as-prepared electrode material also displays as high as 79% capacitance retention as the current density increases from 1 to 10 A g−1. Moreover, an extremely stable performance is achieved in the prepared electrode system even after long-term service (about 93.17% capacitance retention after 10,000 cycles). Most importantly, the fabricated A-LPCs//A-LPCs symmetric SCs delivers a high coulombic efficiency of 96.18% and the maximum energy density of 23.04 Wh kg−1. These exciting results indicate the A-LPCs derived from locust via self-template shows great potential for high performance SCs applications.

中文翻译：

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通过简易自模板和原位掺杂法制备高效NOS共掺杂超级电容器的蝗虫三维多孔碳材料

摘要 除了廉价和简单的合成外，追求高能量密度同时保持固有的高功率密度是超级电容器（SCs）应用的巨大挑战。在这里，通过简单的一步成功地从蝗虫中成功制备了氮（N）-氧（O）-硫（S）共掺杂的三维（3D）多孔活性炭材料（A-LPCs）碳化/活化方法。通过自模板法得到的 A-LPCs 具有微孔、中孔和大孔的完美结合、理想的孔分布、大的可及比表面积 (SSA)、高度石墨化、可调的 N、O、S 掺杂作为以及优良的润湿性，有利于电荷/离子的储存和电解质的转移。这些特性使制备的 A-LPC 具有 433 的高比电容。7 F g-1 在 1 A g-1。随着电流密度从 1 A g-1 增加到 10 A g-1，所制备的电极材料还显示出高达 79% 的电容保持率。此外，即使在长期使用（10,000 次循环后约 93.17% 的电容保持率）后，制备的电极系统仍能实现极其稳定的性能。最重要的是，所制造的 A-LPCs//A-LPCs 对称 SCs 具有 96.18% 的高库仑效率和 23.04 Wh kg-1 的最大能量密度。这些令人兴奋的结果表明，通过自模板从蝗虫中提取的 A-LPCs 在高性能 SCs 应用中显示出巨大的潜力。即使在长期使用（10,000 次循环后约 93.17% 的电容保持率）后，制备的电极系统仍可实现极其稳定的性能。最重要的是，所制造的 A-LPCs//A-LPCs 对称 SCs 具有 96.18% 的高库仑效率和 23.04 Wh kg-1 的最大能量密度。这些令人兴奋的结果表明，通过自模板从蝗虫中提取的 A-LPCs 在高性能 SCs 应用中显示出巨大的潜力。即使在长期使用（10,000 次循环后约 93.17% 的电容保持率）后，制备的电极系统仍可实现极其稳定的性能。最重要的是，所制造的 A-LPCs//A-LPCs 对称 SCs 具有 96.18% 的高库仑效率和 23.04 Wh kg-1 的最大能量密度。这些令人兴奋的结果表明，通过自模板从蝗虫中提取的 A-LPCs 在高性能 SCs 应用中显示出巨大的潜力。