基于形态控制的氧化铈与N,S掺杂多孔碳复合的高性能混合超级电容器

《ACS Applied Energy Materials》：High-Performance Hybrid Supercapacitor Based on Morphology-Controlled Cerium Oxide on N,S-Doped Porous Carbon

超级电容器用氮硫掺杂多孔碳复合材料的开发及其性能研究。通过热解PTC-calix[4]多孔聚合物制备氮硫共掺杂碳材料，结合球形纳米氧化铈和花状多孔氧化铈，优化电子离子传输路径。研究证实花状结构复合电极在1 A/g电流密度下比电容达910 F/g，循环稳定性和能量密度分别为87%、31 Wh/kg。

　　

在这项研究中，我们开发了基于掺杂氮和硫杂原子的多孔碳的复合材料，并将其与氧化铈结合，旨在应用于高性能超级电容器。合成方法简单易行，通过在不同温度下热解PTC-杯[4]间苯三酚多孔有机聚合物来制备含有硫和氮的碳材料。在所有样品中，经800°C热处理的掺氮硫多孔碳（N,S-C800）具有高度发达的孔结构，这有助于缩短电子传输路径。氮和硫杂原子的存在不仅提高了材料的导电性，还增强了材料的润湿性，从而促进了电解质向内部孔隙的扩散。N,S-C800样品在1 A/g电流下的比电容达到了407 F/g，并且在1000次充放电循环后仍保持了87%的电容。此外，两种不同形态的氧化铈被引入N,S-C800基体中：球形纳米颗粒（NP-CeO₂）和多孔花状结构（pFL-CeO₂）。电化学性能测试表明，pFL-CeO₂@N,S-C800复合材料的比电容在1 A/g电流下达到了910 F/g，而NP-CeO₂@N,S-C800复合材料的比电容为750 F/g。花状结构的优异性能归因于其对电子和离子传输的有效促进作用。随后，构建了一个双电极系统（pFL-CeO₂@N,S-C800//N,S-C800），其中pFL-CeO₂@N,S-C800作为正电极，N,S-C800作为负电极。该系统在750 W kg^–1的功率密度下显示出31 Wh kg^–1的显著能量密度。