Nano-graphite functionalized mesocellular carbon foam with enhanced intra-penetrating electrical percolation networks for high performance electrochemical energy storage electrode materials

文献情報

出版日 2012-03-13
DOI 10.1039/C2CP40657H
インパクトファクター 3.676
著者

Changshin Jo, Sunhyung An, Younghoon Kim, Jongmin Shim, Songhun Yoon, Jinwoo Lee


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要旨

Mesocellular carbon foam (MSU-F-C) is functionalized with hollow nanographite by a simple solution-phase method to enhance the intrapenetrating electrical percolation network. The electrical conductivity of the resulting material, denoted as MSU-F-C-G, is increased by a factor of 20.5 compared with the pristine MSU-F-C. Hollow graphite nanoparticles are well-dispersed in mesocellular carbon foam, as confirmed by transmission electron microscopy (TEM), and the d spacing of the (002) planes is 0.343 nm, which is only slightly larger than that of pure graphite (0.335 nm), suggesting a random combination of graphitic and turbostratic stacking. After nanographitic functionalization, the BET surface area and total pore volume decreased from 928 m2 g−1 and 1.5 cm3 g−1 to 394 m2 g−1 and 0.7 cm3 g−1, respectively. Thermogravimetric analysis in air shows that the thermal stability of MSU-F-C-G is improved relative to that of MSU-F-C, and the one-step weight loss indicates that the nanographite is homogeneously functionalized on the MSU-F-C particles. When the resulting mesocellular carbon materials are used as electrode materials for an electric double layer capacitor (EDLC), the specific capacitances (Csp) of the MSU-F-C and MSU-F-C-G electrodes at 4 mV s−1 are 109 F g−1 and 93 F g−1, respectively. The MSU-F-C-G electrode exhibited a very high area capacitance (Carea, 23.5 μF cm−2) compared with that of the MSU-F-C electrode (11.7 μF cm−2), which is attributed to the enhanced intraparticle conductivity by the nanographitic functionalization. MSU-F-C-G exhibited high capacity retention (52%) at a very high scan rate of 512 mV s−1, while only a 23% capacity retention at 512 mV s−1 was observed in the case of the MSU-F-C electrode. When applied as an anode in a lithium ion battery, a significant increase in the initial efficiency (44%), high reversible discharge capacity (580 mA h g−1) in the lower voltage region, and a higher rate capability were observed. The high rate capability of the MSU-F-C-G electrode as charge storage was due to the low resistance derived from the nanographitic functionalization.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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