Preparation and Supercapacitive Performance of Naphthalene-based Interconnected Porous Carbon Nanocapsules

doi:10.7503/cjcu20210336

Abstract

Abstract:

Porous carbon materials volume densities are usually less than 0.5 g/cm³， resulting in that porous carbon materials have a low volume specific capacitance. Therefore， it is still a big challenge to improve volume specific capacitance performance of carbon materials. Herein， interconnected porous carbon nanocapsules（ICNC） were prepared by MgO template induction coupled with KOH tailoring technology using naphthalene as carbon source. The as-prepared ICNC₂ has a large specific surface area（1811 m²/g）， high compaction density（1.38 g/cm³） and micropore volume content（58.93%）. In a symmetrical supercapacitor， the ICNC₂ electrode displays a high volumetric capacitance of 420.8 F/cm³ at 0.069 A/cm³ and retains 315.1 F/cm³ at 27.6 A/cm³ with capacitance retention of 74.82%. The supercapacitor device of ICNC₂ electrode displays a high volumetric energy density of 14.6 W·h/L at the power density of 38 W/L. It also shows excellent cycle stability with only 1.4% decay and outstanding coulombic efficiency of 99.1% after 20000 cycles. This work provides a feasible method for production of high-performance carbon nanocapsules from small aromatic molecules for energy storage.

Key words: Naphthalene, Supercapacitor, Carbon nanocapsules, MgO template

CLC Number:

O646

TrendMD:

WEI Yuchen, WU Tingting, YANG Lei, JIN Biyu, LI Hongqiang, HE Xiaojun. Preparation and Supercapacitive Performance of Naphthalene-based Interconnected Porous Carbon Nanocapsules[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(9): 2852.

Figures/Tables 10

References 45

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Sample	D_ap/nm	S_BET/（m²·g^-1）	S_mic/（m²·g^-1）	V_t/（cm³·g^-1）	V_mic/（cm³·g^-1）	（V_mic/V_t）（%）
ICNC_M	9.70	893	126	2.17	0.35	16.12
ICNC₁	2.43	1684	1469	0.96	0.46	47.92
ICNC₂	2.56	1811	1596	1.12	0.66	58.93
ICNC₃	2.68	1431	1083	0.94	0.32	34.04
ICNC_K	2.48	1101	472	0.68	0.24	35.29

Sample	D_ap/nm	S_BET/（m²·g^-1）	S_mic/（m²·g^-1）	V_t/（cm³·g^-1）	V_mic/（cm³·g^-1）	（V_mic/V_t）（%）
ICNC_M	9.70	893	126	2.17	0.35	16.12
ICNC₁	2.43	1684	1469	0.96	0.46	47.92
ICNC₂	2.56	1811	1596	1.12	0.66	58.93
ICNC₃	2.68	1431	1083	0.94	0.32	34.04
ICNC_K	2.48	1101	472	0.68	0.24	35.29

Sample	Electrolyte	Loadmass/ （mg·cm^-2）	Gravimetric current density/（A·g^-1）	Volumetirc current density/（A·cm^-3）	C_g/（F·g^-1）	C_v/（F·cm^-3）	Ref.
HGF	6 mol/L KOH	1.0	1.0	0.71	310	221	［29］
N?HG	6 mol/L KOH	2.0	0.5	0.794	250	397	［30］
CCN	6 mol/L KOH	0.65	1.0	1.318	173	228	［31］
NPC	6 mol/L KOH	0.56	0.5	0.631	301	380	［32］
HPCSLS	7 mol/L KOH	8.1	0.05	0.049	247	240	［33］
PFC	6 mol/L KOH	—	0.5	0.531	270	287	［34］
N，P，S?HCS	6 mol/L KOH	4.0	0.5	0.40	274	219	［35］
F?GRF	6 mol/L KOH	21.0	0.05	0.005	318	293	［36］
PGF	6 mol/L KOH	0.937	1.0	1.335	164	219	［37］
LTRGO	6 mol/L KOH	1.5	0.5	0.567	200	227	［38］
prGO?CNT	6 mol/L KOH	12	1.0	1.50	170	255	［39］
BNP?HGH	1 mol/L H₂SO₄	10	1.0	0.669	362	242	［40］
PGC	6 mol/L KOH	3.0	0.5	0.481	374	360	［41］
GNCN	6 mol/L KOH	0.5	0.005	0.006	294	331	［42］
HGN	6 mol/L KOH	—	1.0	1.302	295	384	［43］
ICNC₂	6 mol/L KOH	2.0	0.05	0.069	305	420.8	This work
			20	27.6	228	315

Sample	Electrolyte	Loadmass/ （mg·cm^-2）	Gravimetric current density/（A·g^-1）	Volumetirc current density/（A·cm^-3）	C_g/（F·g^-1）	C_v/（F·cm^-3）	Ref.
HGF	6 mol/L KOH	1.0	1.0	0.71	310	221	［29］
N?HG	6 mol/L KOH	2.0	0.5	0.794	250	397	［30］
CCN	6 mol/L KOH	0.65	1.0	1.318	173	228	［31］
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PFC	6 mol/L KOH	—	0.5	0.531	270	287	［34］
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PGF	6 mol/L KOH	0.937	1.0	1.335	164	219	［37］
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