废面膜竟然能制出超级电池？湘潭大学研究新成果

成果简介

碳基电极中的杂原子掺杂不仅通过引入赝电容功能增强了电容，还增强了电极润湿性，以实现更好的离子可及性和活性。本文，湘潭大学阳梅副教授、刘备等在《Chem. Commun》期刊发表名为“A N/S co-doped free-standing carbon electrode derived from waste facial masks for anti-freezing flexible quasi-solid-state supercapacitors”的论文，研究报道了通过热解浸渍有二甲基二硫代氨基甲酸钠（DTC）的废面膜（FMF）合成N/S共掺杂的独立式碳布（表示为NSCC）。

它产生具有丰富杂原子掺杂（3.93 at % N 和 6.83 at % S）和具有大表面积和均匀孔径分布的分层多孔结构的柔性独立式碳布。NSCC-700电极在KOH电解液中表现出高比电容和良好的倍率能力。利用离子液体凝胶聚合物电解质，可用于组装防冻柔性准固态超级电容器，在低温下能量高、柔韧性好、长期稳定性好、适应性好。这种方法提供了很高的经济和环境效益，使超级电容器的生产具有成本效益和可持续性。

采用DTC浸渍FMF高温热解得到N/S共掺杂独立式碳布（图1）。将DTC浓度和热解温度调谐至1.5 M和700°C，以产生优化的样品（表示为NSCC-700），以实现最佳电容性能。

图1、用废面膜制备独立式碳布作为超级电容器电极的示意图。

图文导读

图1、（a） SEM图像和（b）元素映射，（c）高分辨率N 1s和（d）S 2p XPS光谱，（e）N2NSCC-700的吸附-解吸等温线（插图为孔径分布）和（f）拉伸曲线。

图2、在700.6 M KOH电解液中的三电极系统中评估独立式NSCC-0电极的超电容性能

图4、独立式N/S共掺杂碳布的应用

小结

综上所述，通过热解DTC浸渍的废弃面膜，生产出独立的N/S共掺杂碳布。在6M KOH电解液中，在0.2Ag−1的电流速率下，所得的柔性N/S共掺杂碳布显示出504 Fg−1的高比电容。它可用于组装防冻柔性准固态超级电容器，可提供29.85W h kg−1（59.7 mW h cm−2）的高能量密度、优异的灵活性和较长的循环寿命。当在−20°C的低温下运行时，这种固态超级电容器在室温下仍能保持68.3%的能量密度，在极端气候条件下的应用中表现出很高的前景。

文献：

https://doi.org/10.1039/D3CC00932G