Activated mesoporous carbon nanofibers fabricated using water etching-assisted templating for high-performance electrochemical capacitors

文献情報

出版日 2016-02-03
DOI 10.1039/C6CP00035E
インパクトファクター 3.676
著者

Geon-Hyoung An, Bon-Ryul Koo, Hyo-Jin Ahn


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要旨

Activated mesoporous carbon nanofibers (AMCNFs) are synthesized by a sequential process of electrospinning, water etching-assisted templating, and acid treatment. Their morphologies, crystal structures, melting behavior, chemical bonding states, surface properties, and electrochemical performance are investigated for three different polyacrylonitrile (PAN) to polyvinylpyrrolidone (PVP) weight ratios – PAN : PVP = 8 : 2, 7 : 3, and 6 : 4. Compared to other samples, the AMCNFs with an optimum weight ratio of 6 : 4 show the highest specific surface area of 692 m2 g−1, a high volume percentage of mesopores of 43.9%, and an increased amount of carboxyl groups (10.5%). This results in a high specific capacitance of 207 F g−1, a high-rate capability with a capacitance retention of 93%, a high energy density of 24.8–23.1 W h kg−1, and an excellent cycling durability of up to 3000 cycles. The electrochemical performance improvement can be explained by the combined effect of the high surface area relative to the increased electrical double-layers, the high volume fraction of mesopores relative to shorter diffusion routes and low resistance pathways for ions, and the increased amount of carboxyl groups on the CNF surface relative to enhanced wettability.

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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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