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Bread-inspired foaming strategy to fabricate a wine lees-based porous carbon framework for high specific energy supercapacitors
Sustainable Energy & Fuels ( IF 5.0 ) Pub Date : 2021-08-20 , DOI: 10.1039/d1se01059j Hui Peng 1 , Yipu Xu 1 , Yaping Jiang 1 , Xin Wang 1 , Rui Zhao 1 , Faqiang Wang 1 , Lu Li 1 , Guofu Ma 1
Sustainable Energy & Fuels ( IF 5.0 ) Pub Date : 2021-08-20 , DOI: 10.1039/d1se01059j Hui Peng 1 , Yipu Xu 1 , Yaping Jiang 1 , Xin Wang 1 , Rui Zhao 1 , Faqiang Wang 1 , Lu Li 1 , Guofu Ma 1
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Herein, inspired by the fermentation process of bread, a novel wine lees-based porous carbon framework (WLCF) with a three-dimensional porous structure is prepared via a one-step simple and environmentally friendly sodium bicarbonate foaming and activation strategy. Based on the dual functions of a self-generating expansion gas and activator originating from the thermal decomposition of sodium bicarbonate, the resulting WLCF presents a fluffy carbon frame structure, high specific surface area (1494.6 m2 g−1) and high nitrogen doping effect (7.5 wt%), which significantly improve the electrochemical performance. The symmetrical supercapacitor assembled with WLCF electrodes and Na2SO4 aqueous electrolyte exhibits a wide and stable voltage window of 2 V and a high energy density of 18 W h kg−1 at the power density of 225 W kg−1. Furthermore, the supercapacitor fabricated based on WLCF electrodes and ionic liquid ([Emim]BF4) electrolyte delivers an ultrahigh output voltage up to 4 V, a high energy density of 54 W h kg−1 at a high power density of 401 W kg−1, and a superior capacitance retention of 90% after 100 000 cycles. The green preparation of a biomass-based porous carbon framework and the successful realization of wide operating voltage provide a promising strategy toward achieving high energy density supercapacitors.
中文翻译：
以面包为灵感的发泡策略，用于制造高比能量超级电容器的基于酒糟的多孔碳框架
在此，受面包发酵过程的启发，通过一步简单且环保的碳酸氢钠发泡和活化策略，制备了一种具有三维多孔结构的新型酒糟基多孔碳骨架（WLCF）。基于碳酸氢钠热分解产生的自生膨胀气体和活化剂的双重功能，所得WLCF呈现蓬松的碳框架结构、高比表面积（1494.6 m 2 g -1）和高氮掺杂效应(7.5 wt%)，显着提高了电化学性能。由WLCF电极和Na 2 SO 4组装而成的对称超级电容器水性电解质在225 W kg -1的功率密度下表现出2 V 的宽且稳定的电压窗口和18 W h kg -1的高能量密度。此外，基于 WLCF 电极和离子液体 ([Emim]BF 4 ) 电解质制造的超级电容器可提供高达 4 V 的超高输出电压、54 W h kg -1的高能量密度和 401 W kg 的高功率密度-1，并且在 100 000 次循环后具有 90% 的优异电容保持率。生物质基多孔碳骨架的绿色制备和宽工作电压的成功实现为实现高能量密度超级电容器提供了有前景的策略。
更新日期：2021-09-03
中文翻译：
以面包为灵感的发泡策略，用于制造高比能量超级电容器的基于酒糟的多孔碳框架
在此，受面包发酵过程的启发，通过一步简单且环保的碳酸氢钠发泡和活化策略，制备了一种具有三维多孔结构的新型酒糟基多孔碳骨架（WLCF）。基于碳酸氢钠热分解产生的自生膨胀气体和活化剂的双重功能，所得WLCF呈现蓬松的碳框架结构、高比表面积（1494.6 m 2 g -1）和高氮掺杂效应(7.5 wt%)，显着提高了电化学性能。由WLCF电极和Na 2 SO 4组装而成的对称超级电容器水性电解质在225 W kg -1的功率密度下表现出2 V 的宽且稳定的电压窗口和18 W h kg -1的高能量密度。此外，基于 WLCF 电极和离子液体 ([Emim]BF 4 ) 电解质制造的超级电容器可提供高达 4 V 的超高输出电压、54 W h kg -1的高能量密度和 401 W kg 的高功率密度-1，并且在 100 000 次循环后具有 90% 的优异电容保持率。生物质基多孔碳骨架的绿色制备和宽工作电压的成功实现为实现高能量密度超级电容器提供了有前景的策略。
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