咖啡废料升级改造为超级电容器用AC/NiO电极

《ChemistrySelect》：Upcycling Coffee Waste Into AC/NiO Electrodes for Supercapacitors

　　

摘要

将咖啡渣转化为电化学活性材料为生物质废弃物高值化利用与水系储能技术的结合提供了可行途径。本研究通过KOH活化方法制备了咖啡渣废弃物衍生活性炭（CGW-AC），随后通过水热沉积法将其与氧化镍（NiO）结合，制备了CGW-AC/NiO杂化电极。FTIR、Raman、XRD、SEM-EDS以及N₂吸附-脱附分析证实了结晶态NiO的引入，同时保留了分级多孔碳骨架结构。NiO的引入使BET比表面积从1189.24降至552.77 m²·g^?1，表明部分孔隙被占据，但通过NiO的额外法拉第贡献显著提升了电荷存储能力。在三电极构型下，使用1 M Na₂SO₄电解液时，CGW-AC/NiO在1 A·g^?1电流密度下实现了399 F·g^?1的比电容，而CGW-AC仅为133 F·g^?1。在双电极构型下，CGW-AC/NiO的比电容仍高于CGW-AC，达到90 F·g^?1，而CGW-AC为62 F·g^?1。CGW-AC/NiO在6000次循环后仍保持87%的电容保持率，表明碳结构中的NiO是促进赝电容的活性位点，CV结果也证实了这一点。这些结果突出了咖啡渣衍生AC/NiO在中和性水系超级电容器杂化电极中的应用潜力。

图文摘要

咖啡渣废弃物（CGW）被转化为活性炭（AC），并通过水热合成方法引入氧化镍（NiO）颗粒，制备出用于水系超级电容器的可持续复合电极。CGW-AC/NiO电极实现了90 F·g^?1的比电容，且在6000次充放电循环后仍保持87%的电容保持率，展现了电双层电容与赝电容储能的协同效应。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可向通讯作者合理索取。