Karbon Aktif Yang Berkelanjutan Dari Daun Ginkgo Mati Untuk Bahan Aktif Elektroda Superkapasitor Abstrak Aplikasi praktis dari beberapa nanomaterial karbon canggih di superkapasitor masih terhambat oleh kelangkaan sumber daya dan biaya tinggi. Ini membangkitkan minat yang besar untuk mencari pengganti yang cukup dan murah untuk memenuhi kebutuhan produksi skala besar yang akan datang. Konversi kimia terbarukan dan berlimpah biomassa memberikan peluang yang baik untuk sintesis ekonomi dan berkelanjutan berbasis karbon bahan elektroda. Dalam pekerjaan ini, karbon aktif daun ginkgo yang diaktifkan diselidiki sebagai berpori karbon biomassa murah dengan utilitas sebagai bahan elektroda superkapasitor dalam elektrolit asam. Itu pengaruh dari KOH-, ZnCl2-, dan H3BO3-aktivasi pada komposisi, morfologi dan kinerja dari karbon yang disiapkan dipelajari dan didiskusikan. Manfaat dari aktivitas elektrokimia superior diberkahi oleh arsitektur nano hirarkis dan kelompok-kelompok yang mengandung oksigen yang berlimpah, yang disediakan Bahan karbon turunan daun ginkgo yang diaktifkan KOH menunjukkan kapasitansi spesifik yang terbaik (374F g 1 pada 0,5 A g 1) relatif terhadap karbon murni, ZnCl2-, dan H3BO3-karbon aktif. Dan KOH aktif ini Karbon yang berasal dari daun ginkgo dalam konfigurasi dua elektroda juga menunjukkan hasil yang memuaskan kapasitansi spesifik (272F g 1 pada 0,2 A g 1) dan keandalan bersepeda. Apalagi pertunjukan ini juga mengungguli mereka dari beberapa bahan karbon serupa.
Dengan kemajuan percepatan elektronik portabel produk dan kendaraan listrik hibrida, telah menjadi semakin penting untuk mengembangkan sistem penyimpanan energi isi ulang. Superkapasitor telah dianggap sebagai salah satu sistem penyimpanan energi yang paling menarik karena memiliki kekuatan yang luar biasa, keandalan siklik yang sangat baik, tingkat muatan pulsa-discharge (CD) superior, dan konfigurasi sel yang relatif sederhana (Wang et al., 2016; Musim Dingin dan Brodd, 2004). Untuk lebih meningkatkan kinerja mereka, cukup besar upaya telah dikhususkan untuk menjelajah dengan sangat efisien dan bahan elektroda superkapassi murah selama dekade terakhir (Chen et al., 2012; Chen dkk., 2014b; Zhang dan Zhao, 2009; Zhang et al., 2017). Di antara berbagai bahan aktif elektroda, karbonbased Nanomaterial telah diidentifikasi sebagai yang paling disukai bahan untuk membuat supercapacitor yang tersedia secara komersial untuk karakteristik ramah lingkungan mereka, siklus hidup yang baik dan output daya yang luar biasa (Simon dan Gogotsi, 2008; Zhang dan Zhao, 2009; Zhang et al., 2017). Baru-baru ini, beberapa karbon maju Nanomaterials, seperti graphenes, karbon nanotube, dan templated karbon, telah menunjukkan kinerja kapasitif yang sangat baik (Chee et al., 2016; Liu et al., 2017; Seman et al., 2017). Namun, misanya produksi dan aplikasi praktis dari bahan aktif karbon ini sering terhalang karena kurangnya proses sintesis lancar atau rendah biaya rawmaterials r awmaterials (Maet al., 2013; Novoselov dkk., 2012; Patel dkk., 2002). Limbah biomassa adalah salah satu prekursor yang ideal untuk menyiapkan bahan karbon untuk murahnya, ketersediaan easya, kemandirian, dan secara relatif kandungan karbon tinggi (Jain et al., 2016; Tang et al., 2017).
Oleh karena itu, ini meningkatkan minat yang besar dalam memanfaatkan biomassa untuk membuat karbon biaya rendah dengan kinerja kapasitif yang sebanding untuk aplikasi supercapacitor praktis. Sebagai salah satu tanaman hias khas di China, pohon ginkgo berada banyak ditanam di sisi jalan, taman dan kampus. Ribuan ton daun mati diproduksi setiap tahun. Sayangnya, sebagian besar dari mereka telah dibuang sebagai limbah alam. Baru-baru ini, Hao dan rekan kerja melaporkan aplikasi sukses dari cuti ginkgo berasal karbon sebagai bahan elektroda superkapasitor dengan sangat baik pertunjukan, menggambarkan kelayakan yang baik untuk memanfaatkan daun ginkgo untuk membuat bahan karbon dengan aktivitas elektrokimia tinggi (Hao et al., 2017). Selain itu, karya ini juga menyoroti pentingnya doping heteroatom dan aktivasi kimia pada pertunjukan karbon yang disiapkan. Namun, hanya satu aktivasi metode dan pertunjukan dalam elektrolit cairan alkali dan ionik diselidiki dalam penelitian ini. Dalam pekerjaan kita ini, ginkgo yang mati daun digunakan sebagai bahan awal untuk membuat karbon aktif bahan oleh tiga metode aktivasi yang berbeda untuk penyelidikan pertunjukan mereka sebagai elektroda superkapasitor aktif bahan dalam elektrolit asam. Tiga bahan karbon aktif disintesis oleh pirolisis dan selanjutnya KOH-, ZnCl2-, dan aktivasi H3BO3, masing-masing. Pengaruh ketiga hal ini metode aktivasi pada komposisi, morfologi dan kinerja karbon yang disiapkan telah diselidiki dalam pekerjaan ini. Bermanfaat dari aktivitas elektrokimia unggul yang dianugerahkan oleh hirarkis nanoarsitektur dan mengandung oksigen yang melimpah kelompok, karbon aktif daun ginkgo yang diperoleh dari KOH material menunjukkan kapasitansi spesifik terbaik (374F g 1 pada 0,5 A g 1) relatif terhadap karbon daun ginkgo asli, ZnCl2-, dan Karbon yang diaktifkan H3BO3. Dan ini ginkgo KOH diaktifkan daun karbon dalam konfigurasi dua elektroda juga ditunjukkan kapasitansi spesifik yang memuaskan (272F g 1 pada 0,2 A g 1) dan keandalan bersepeda. Apalagi pertunjukan ini juga mengungguli mereka dari beberapa bahan aktif serupa, menunjukkan kemungkinan memanfaatkan karbon aktif KOH ini sebagai kandidat elektroda yang efektif bahan aktif untuk supercapacitors praktis.
2. Bagian eksperimental 2.1. Material Daun ginkgo yang mati dikumpulkan dari kampus Zhejian A & F University, Hangzhou, Cina. Asam hidroklorik (HCl, 37% berat), aseton, dan asam sulfat (H2SO4, 98% berat) diberikan oleh Shanghai Chemical Reagent Co., Ltd. (PR China). Seng klorida (ZnCl2), kalium hidroksida (KOH), etanol anhidrat, dan borat asam (H3BO3) disediakan oleh Sinopharm Chemical Reagent Corp. (PR China). 2.2. Sintesis bahan karbon dari daun Ginkgo biloba yang mati Karbon yang tidak aktif: Daun Ginkgo biloba yang mati pertama kali dikarbonisasi di bawah atmosfer N2 dalam tabung yang dikontrol suhu perapian. Suhu reaksi meningkat dari 25 hingga 200 C pada laju pemanasan 3 C min 1 dan kemudian dipertahankan pada ini suhu reaksi selama 1 jam untuk menghilangkan kelembaban. Contoh kemudian dipanaskan sampai 900 C pada laju pemanasan yang sama dan dipertahankan pada suhu reaksi ini selama 1 jam, dan kemudian perlahan didinginkan suhu ruangan, menghasilkan bubuk hitam. Yang diperoleh bubuk sepenuhnya dicuci
dengan 1 mol L 1 HCl solusi untuk menghilangkan garam anorganik larut dan kemudian secara bergantian dicuci dengan air deionisasi dan etanol absolut ke netralitas pH. Hitam Daun ginkgo biloba berasal karbon (GC) bubuk diterima setelah vakum mengeringkan bahan pada 100 C semalam. Karbon aktif: Sampel GC dicampur secara hati-hati dengan 45 wt% larutan KOH berair pada rasio massa GC / KOH dari 1/4, dan kemudian dipanaskan pada 100 C dalam oven konveksi paksa selama beberapa jam sampai menghasilkan slurry seperti jeli hitam. Kemudian bubur itu diberi perlakuan panas dalam tungku tabung yang dikontrol suhu dengan memanfaatkan yang sama metode perlakuan panas yang digambarkan di atas untuk Ginkgo mati awal daun biloba. Bahan yang dihasilkan dicuci bersih Solusi HCl (2 mol L 1) dan kemudian berulang kali dicuci dengan banyak air deionisasi sampai pH mencapai 6,5-7,0. Akhirnya, sampel dikeringkan vakum pada 100 C semalam untuk memberikan KOH-diaktifkan Bubuk GC (KGC). GC yang diaktifkan ZnCl2 (ZnGC) dan H3BO3- diaktifkan GC (BGC) bubuk juga disiapkan melalui aktivasi serupa proses dengan menggunakan solusi ZnCl2 dan solusi H3BO3 ke mengganti solusi KOH, masing-masing. 2.3. Fabrikasi elektroda superkapasitor Stainless steel jerat dipekerjakan sebagai pengumpul saat ini semua elektroda dalam pekerjaan ini. Mereka pertama kali direndam secara berurutan anhidrat aseton, larutan HCl (2 mol L 1), air deionisasi, dan etanol absolut masing-masing selama 10-20 menit untuk menjamin permukaan yang bersih. Elektroda berdasarkan GC, KGC, ZnGC, dan BGC bahan aktif dibuat sesuai dengan proses khas: serbuk sampel, polytetrafluorethylene, dan acetylene black dicampur dengan milling dengan rasio massa 80: 5: 15, dan kemudian jumlah yang sesuai air deionisasi ditambahkan dengan pengadukan untuk menghasilkan homogen pasta. Pasta-pasta ini kemudian ditekan ke dalam persiapan jerat stainless steel untuk menghasilkan GC, KGC, ZnGC, dan BGC elektroda berbasis. Kerapatan pemuatan massa bahan aktif dari semua elektroda dihitung menjadi sekitar 6 mg cm 2. 2.4. Karakterisasi Mikroskop elektron pemindaian (SEM, SU8000, Hitachi) dan mikroskop elektron transmisi (TEM, FEI Tecnai G2 F20 S-TWIN) diterapkan untuk mengamati morfologi sampel. Pola difraksi sinar X (XRD) sampel karbon dikumpulkan dalam difraktometer sinar X-ray (Bruker D8 Advance). Spektroskopi X-ray energi dispersif (EDXS, TSL, AMETEK) dan X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, Thermo Scientific ESCALAB 250Xi) pengukuran digunakan untuk menyelidiki elemen komposisi karbon yang disiapkan. Spektrum Raman dari sampel dikumpulkan menggunakan Horiba Jobin-Yvon LabRam HR800 Raman microspectrometer. Spektrometer Nicolet Nexus 410 digunakan untuk merekam Fourier transform infrared (FTIR) spektrum semua karbon. Karakteristik permukaan karbon adalah diselidiki dengan menggunakan adsorpsi-desorpsi gas otomatis peralatan (3Flex, Micromeritics). Distribusi ukuran pori dan luas permukaan spesifik karbon dihitung dan dievaluasi dengan memanfaatkan Barrett-Joyner-Halenda (BJH) dan BrunauerMetode Emmett-Teller (BET), masing-masing. 2.5. Pengukuran elektrokimia
Sifat elektrokimia dari GC yang disiapkan, KGC, Elektroda ZnGC, dan BGC diteliti melalui tipikal konfigurasi tiga-elektroda pada 25 C dalam 1M H2SO4 elektrolit (Gambar Tambahan. S1). Semua elektroda direndam dalam elektrolit dan vacuum degassed selama 3 jam sebelum pengukuran elektrokimia. Sebuah platinum foil (Pt) bertindak sebagai elektroda counter. Elektroda Ag / AgCl dipilih sebagai elektroda referensi. Sifat elektrokimia bahan KGC juga diselidiki oleh konfigurasi duaelektroda (Gambar. S2) terdiri dari dua sama KGC elektroda dalam larutan elektrolit H2SO4 (1 mol L 1). Cyclic voltammetry (CV) kurva dan impedansi elektrokimia spectra (EIS) dicatat pada workstation elektrokimia (CHI 660E, Shanghai Chenghua Company, PR China). The galvanostatik tes charge-discharge (CD) dilakukan pada uji Tanah sistem (LAND CT2001A, PR China). Kapasitansi spesifik adalah dihitung dari kurva galvanostatic charge-discharge sebagai berikut: Cs = I Dt / (DV m) untuk konfigurasi tiga-elektroda, Cs = 2 I Dt / (DV m0) untuk konfigurasi dua-elektroda, di mana Cs (Fg 1) adalah kapasitansi spesifik, I (A) adalah arus buangan, Dt (s) adalah waktu debit, DV (V) adalah perubahan potensial selama debit, m (g) adalah massa dari bahan aktif di elektroda, dan m0 (g) adalah massa dari bahan aktif di masingmasing elektroda (Chang et al., 2013; Hao et al., 2017). Cs dari KGC di tiga elektroda konfigurasi dihitung dari kurva CV sebagai berikut: Cs = (R I dV) / (vmDV), di mana Cs (F g 1) adalah kapasitansi spesifik, saya (A) adalah arus respons, V adalah potensial yang diterapkan, DV (V) adalah jendela potensial, m (mV s 1) adalah tingkat pemindaian potensial, dan m (g) adalah massa dari bahan aktif dalam elektroda (Wang et al., 2009). Kerapatan energi dan daya dihitung sebagai berikut: E = 0,5 Cs V2 / 3,6 untuk konfigurasi tiga elektroda, E = 0,25 0,5 Cs V2 / 3,6 untuk konfigurasi dua-elektroda, Pave = E / Dt, di mana E (Wh kg 1) adalah densitas energi, Cs (F g 1) adalah kapasitansi spesifik berdasarkan kurva charge-discharge, V (V) adalah tegangan sel tidak termasuk penurunan IR, Pave (W kg 1) adalah rata-rata kepadatan daya, dan Dt (s) adalah waktu debit (Chang et al., 2013; Hao et al., 2017). 3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Komposisi karbon yang disiapkan Gambar. 1a menampilkan pola XRD dari as-synthesized unactivated karbon (GC), karbon aktif KOH (KGC), ZnCl2- karbon aktif (ZnGC), dan karbon yang diaktifkan H3BO3 (BGC). Semua sampel menunjukkan pola yang sangat mirip. Yang luas dan lemah puncak dalam pola XRD ini menunjukkan fitur amorf semua karbon yang disiapkan. Dua puncak difraksi pada sekitar 24 dan 42 ditugaskan ke (0 0 2) dan (100/101) refleksi grafit karbon, masing-masing. Penampilan mereka menggambarkan eksistensi struktur mikro-grafitik di semua bahan karbon (Lu et al., 2016), yang memfasilitasi transfer elektron ketika digunakan sebagai elektroda bahan aktif. Khususnya, tidak ada pergeseran dalam nilai 2h diamati untuk puncak difraksi ini, menyarankan reservasi sumur struktur mikro-grafit selama berbagai aktivasi proses. Spektrum Raman untuk GC, KGC, ZnGC, dan sampel BGC ditampilkan pada Gambar. 1b menunjukkan dua puncak yang mencolok pada 1355 dan 1594 cm 1 ditugaskan ke pita D dan G karbon masing-masing yang terekam dengan baik (Wang et al., 1990). Rasio intensitas relatif dari D band dibandingkan G band (ID / IG)
biasanya meningkat dengan peningkatan cacat situs dalam karbon. ID / IG meningkat dari 0,71 (GC) menjadi 0,83 (KGC) dan 0,76 (ZnGC), menyiratkan bahwa lebih banyak situs cacat diproduksi selama aktivasi kimia KOH dan ZnCl2. Karena KOH proses aktivasi dapat menghasilkan struktur berpori yang melimpah pada reaksi etsa kimia yang kuat antara atom karbon dan KOH (Zhang et al., 2017), sedangkan ZnCl2 hanya berperilaku sebagai bupati dehidrasi dan template selama proses aktivasi (He et al., 2013), KGC yang dipersiapkan memiliki lebih banyak situs cacat daripada ZnGC. Sampai batas tertentu, cacat ini dapat mendorong difusi ion di dalam KGC dan ZnGC ketika dieksploitasi sebagai bahan aktif elektroda (Li dan Wei, 2013). Selanjutnya, Gambar. 1b menampilkan bahwa disintesis BGC memiliki rasio ID / IG yang lebih rendah daripada GC, menyiratkan situs kurang cacat setelah aktivasi H3BO3 dari GC. Ini mungkin dikaitkan dengan elemen B yang diperkenalkan oleh aktivasi H3BO3 berfungsi sebagai katalis untuk mempercepat penghapusan cacat dan relaksasi distorsi selama anil suhu tinggi (Han et al., 1999). Area permukaan spesifik dan struktur pori dari yang diperoleh karbon diselidiki oleh analisa adsorpsi dan desorpsi N2 pada 77 K. Berdasarkan isoterm adsorpsi / desorpsi N2 pada Gambar. 1c dan kurva distribusi ukuran pori BJH pada Gambar. 1d, yang tidak aktif GC ditemukan memiliki area permukaan spesifik BET yang cukup rendah (SBET, 21,3 m2 g 1) dan volume total pori (VTotal, 0,03 cm3 g 1). Setelah aktivasi KOH, ZnCl2, dan H3BO3, SBET dari asprepared KGC, ZnGC, dan BGC meningkat menjadi 835.4, 824.6, dan 346,4 m2 g 1, masing-masing (Tabel 1). Ini menunjukkan bahwa ketiganya proses aktivasi dapat menghasilkan struktur berpori yang melimpah, dan aktivasi KOH dan ZnCl2 memiliki kemampuan pembentukan pori yang lebih baik dari aktivasi H3BO3, yang seharusnya karena perbedaan mekanisme aktivasi. Dalam proses aktivasi KOH, yang kuat reaksi etsa kimia antara atom karbon dan KOH digunakan untuk menghasilkan struktur berpori (Zhang et al., 2017). Selama aktivasi ZnCl2, ZnCl2 cair di bawah suhu tinggi dapat terimpregnasi ke dalam karbon yang terbentuk sebagai bupati dehidrasi dan template, lalu eliminasi molekul kecil oleh suhu tinggi gasifikasi dan penghapusan template ZnCl2 dengan mencuci dapat menghasilkan pori-pori yang melimpah (He et al., 2013). Mekanismenya aktivasi H3BO3 mirip dengan aktivasi H3PO4. Itu H3BO3 berfungsi sebagai katalis untuk mempromosikan penghapusan tidak stabil bagian untuk menciptakan struktur berpori dalam karbon yang disiapkan (Jagtoyen dan Derbyshire, 1998). Sebagai perbandingan, itu bisa dispekulasikan bahwa proporsi komponen yang terlibat dalam pembentukan pori selama aktivasi H3BO3 jauh lebih kecil dari itu selama aktivasi KOH dan ZnCl2, sehingga aktivasi H3BO3 memiliki kemampuan pembentukan pori yang lebih lemah. Gambar. 1d dan Tabel 1 mengilustrasikan lebih jauh bahwa tidak ada mikropori dalam sampel GC yang tidak diaktifkan, dan pori-pori yang dihasilkan dihasilkan oleh proses aktivasi KOH dan ZnCl2 terutama micropores, sedangkan aktivasi H3BO3 dapat menghasilkan baik mikropori dan mesopori. Meskipun tidak ada yang jelas perbedaan SBET antara KGC dan ZnGC, KGC yang diperoleh memiliki rasio mikropori yang lebih tinggi daripada sampel ZnGC, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Karena kontribusi utama micropores ke SBET (> 70%) dan VTotal (> 50%), diameter ukuran pori rata-rata (D)
dari KGC dan ZnGC lebih kecil dari 2 nm. Selanjutnya, Tabel 1 juga menampilkan bahwa micropores di BGC yang diperoleh hanya berkontribusi 26% dari VTotal dan 68% dari SBET. Akibatnya, nilai D dari BGC jelas lebih besar dari KGC dan ZnGC. Spektroskopi sinar-X energi-dispersif (EDXS) digunakan untuk menganalisis unsurunsur yang ada di karbon yang disiapkan. Di Spektrum EDXS dari Gambar. 2a, unsur Al dan Au berasal pemegang sampel aluminium mikroskop elektron (SEM) dan lapisan emas pra-disimpan (untuk pengamatan SEM), masing-masing. Elemen C, N, O, Mg, Si, Cl, K, dan Ca dapat ditemukan dalam GC yang diperoleh. Elemen C dan O berasal dari melimpah Karbohidrat di daun Ginkgo biloba, sedangkan unsur N harus berasal dari senyawa yang mengandung nitrogen, seperti seperti asam amino, alkaloid, dan sebagainya. Sejumlah kecil Mg, Si, Cl, Elemen K, dan Ca adalah komponen dasar dari enzim dan koenzim di daun tanaman dan karenanya dicadangkan dalam karbonisasi produk daun Ginkgo biloba (GC). Setelah aktivasi KOH dan ZnCl2, sejumlah besar pori-pori diproduksi dalam karbon yang terbentuk, mengakibatkan penghilangan garam anorganik yang larut selama pencucian proses. Oleh karena itu, elemen Mg, Cl, K, dan Ca tidak ada di Spektrum EDXS dari sampel KGC dan ZnGC yang diperoleh. Mungkin karena kemampuan menciptakan pori yang lebih lemah dari aktivasi H3BO3, bagian dalam bubuk BGC tidak cukup terekspos sehingga garam magnesium dan kalsium parsial tidak dapat dihilangkan seluruhnya dengan mencuci, seperti yang ditampilkan pada Gambar. 2a. Kami selanjutnya menggunakan X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) k selidiki keadaan kimia dari atom permukaan dari assynthesized karbon. Berbeda dengan hasil spektra EDXS, yang penuh Pemindaian XPS GC tidak menampilkan sinyal Mg, Cl, K, dan Ca elemen, menunjukkan bahwa garam anorganik hadir dalam interior bukan pada permukaan bubuk GC (Gambar. 2b). Setelah aktivasi KOH dan ZnCl2, atom karbon permukaan terukir, sehingga mengekspos atom silikon internal. Hasil dari, sinyal Si lemah dapat diamati dalam scan XPS penuh KGC dan ZnGC (Gambar 2b). Karena aktivasi H3BO3 memiliki kelemahan kemampuan pembentukan pori, pengikisan permukaan yang tidak memadai menimbulkan peningkatan bahwa atom Si internal BGC tidak dapat dideteksi oleh XPS (Gambar 2b). Semua material karbon menunjukkan C 1 yang kuat, O 1 sedang, dan sinyal N 1 yang lemah. Perlu disebutkan bahwa ada yang jelas perbedaan dalam rasio O / C GC, KGC, ZnGC, dan BGC, yang dapat dihitung berdasarkan area puncak C1 dan O1, seperti ditunjukkan pada Tabel 1. Hasil yang GC
memiliki rasio kelompok CAOH lebih tinggi daripada GC, ZnGC, dan BGC (Tabel 1). Kehadiran CAOH yang melimpah kelompok mampu memperbaiki lebih jauh wettability karbon permukaan dan penurunan resistensi transfer, yang lebih menguntungkan untuk peningkatan kinerja elektrokimia dari KGC (Jiang et al., 2013; Li dan Li, 2011). Transformasi Fourier transform infrared (FTIR) juga diterapkan untuk menganalisa kelompok organik sampel, seperti yang ditampilkan pada Gambar. 2d. Band yang kuat dan lebar berpusat pada 3420 cm 1 diidentifikasi sebagai OAH dan NAH merenggangkan getaran hidroksil, kelompok amina dan menyerap molekul air dalam serbuk karbon yang diperoleh. Itu pita dari 1740 hingga 1490 cm 1 dianggap berasal dari C @ O yang meregang, C @ C peregangan, OAH membungkuk, dan mode bending NAH. Yang sempit Puncak dekat 1400 cm 1 diidentifikasi sebagai sinyal BISA getaran peregangan. Band yang lemah dan lebar antara 1330 dan 940 cm 1 dapat diamati sebagai respons peregangan CAO getaran. Hasil ini lebih lanjut menggambarkan bahwa karbon yang disiapkan mengandung kelompok fungsional kutub yang berlimpah, menyiratkan mereka properti hidrofilik yang baik. Selanjutnya, getaran peregangan CAO Band KGC ditemukan lebih luas dan lebih kuat daripada GC, ZnGC, dan BGC, lebih lanjut mengkonfirmasi bahwa lebih banyak mengandung oksigen kelompok yang terbentuk selama proses aktivasi KOH GC. Ini kelompok akan berkontribusi tambahan pseudocapacitance, dan mendukung peningkatan lebih lanjut dari wettability dari KGC yang disiapkan untuk elektrolit. 3.2. Morfologi karbon yang disiapkan GC tanpa aktivasi apa pun memiliki struktur microsheet bertumpuk seperti yang disajikan pada Gambar. 3a, dan hampir tidak ada makropori dapat ditemukan di permukaannya. Setelah aktivasi ZnCl2 dan H3BO3, yang disiapkan Serbuk ZnGC dan BGC menampilkan morfologi yang serupa (Gambar 3b dan c), menyiratkan bahwa dua proses aktivasi ini hanya menghasilkan mesopores dan / atau mikropori (Gambar 1 dan Tabel 1). Tidak seperti sebelumnya tiga karbon, KGC yang diperoleh saat ini menyajikan makropori yang melimpah saling terkait untuk membentuk sistem saluran yang berpotongan (Gambar 4a dan b). Konstruksi struktur makroporous ini harus atribut ke fase pemisahan induksi antara tetesan air dan karbon hidrofobik selama aktivasi KOH (larutan) proses (Qie et al., 2013). Gambar TEM disajikan dalam Gambar 4c lebih lanjut menggambarkan bahwa KGC telah ditumpuk seperti nanosheet struktur dengan tepi yang relatif kasar. Apalagi, mesopori struktur dengan fitur amorf dapat ditemukan di highmagnification Gambar TEM dari ujung KGC (Gambar 4d). Ini hirarkis arsitektur nano terdiri dari makropori, mesopori, dan mircopores diharapkan untuk mendukung difusi ion yang efektif tinggi ketika asprepared Bubuk KGC digunakan sebagai elektroda superkapasitor bahan aktif. 3.3. Sifat elektrokimia elektroda Gambar. 5a menunjukkan perbandingan kurva CV GC, KGC, ZnGC, dan elektroda berbasis BGC pada tingkat pemindaian 10 mV s 1. The quasirectangular bentuk kurva CV menunjukkan kontribusi listrik kapasitansi lapisan ganda. Tidak seperti tiga elektroda lainnya, elektroda KGC memiliki puncak yang jelas dalam kurva CV-nya, menunjukkan kontribusi pseudocapacitance yang kuat karena reaksi redoks kelompok
organik yang mengandung oksigen berlimpah. Berdasarkan kurva CV ini, kapasitansi spesifik (Cs) dari GC, KGC, ZnGC, dan elektroda BGC pada tingkat pemindaian 10 mV s 1 dapat dihitung menjadi 39, 281, 102, dan 45 F g 1, masing-masing. Perbandingan ini Hasilnya menunjukkan perbedaan Cs yang jelas sebagai berikut: GC
kontribusi. Gambar. 5e menunjukkan plot Nyquist elektroda disiapkan bentuk GC, KGC, ZnGC, dan BGC dalam 1 M H2SO4. Dalam rentang frekuensi tinggi, intersepsi terletak di sumbu nyata menunjukkan seri ekuivalen resistansi (Rs). Diameter setengah lingkaran pada frekuensi menengah jangkauan digunakan untuk mengevaluasi resistensi transfer biaya antarmuka (Rct). Keempat elektroda ini memiliki nilai Rs yang hampir sama 1,5 X. Rs yang rendah seperti ini mendukung pengiriman daya yang superior dari elektroda-elektroda ini (Cheng et al., 2011; Yan et al., 2014). Dibandingkan dengan GC kurva, plot Nyquist dari KGC, ZnGC, dan elektroda berbasis BGC cenderung kurang vertikal pada frekuensi rendah. Di satu sisi, ini dikaitkan dengan pembentukan micropores yang melimpah, di mana penetrasi ion dangkal (Gamby et al., 2001). Di sisi lain tangan, ini menyiratkan adanya elektrokimia pseudocapacitive reaksi antara kelompok organik kaya oksigen dan H + ion (Yan et al., 2014). Selanjutnya, elektroda KGC menunjukkan yang lebih kecil Rct dari elektroda ZnGC, menunjukkan transfer muatan superior kemampuan KGC. Gambar. 5f membandingkan Cs dari empat elektroda yang berasal dari CD mereka kurva. GC murni menampilkan nilai Cs yang sangat rendah. Seperti yang diharapkan, semua sampel yang diaktifkan memiliki nilai Cs lebih tinggi daripada GC. Namun, hanya ada sedikit perbedaan dalam Cs antara BGC dan GC karena peningkatan kurang dari SBET dan oksigen yang mengandung organik kelompok. Karena peningkatan yang signifikan dalam SBET, nilai-nilai Cs ZnGC meningkat> 3 kali dibandingkan dengan GC. Manfaat dari kontribusi ganda dari arsitektur nano hirarkis dan kelompok yang mengandung oksigen berlimpah, elektroda KGC memiliki lebih lanjut meningkatkan nilai Cs. Mereka dapat dihitung menjadi 374, 335, 318, 305, 288, dan 277F g 1 pada kepadatan CD saat ini 0,5, 1,0, 1,5, 2.0, 3.0, dan 4.0 A g 1, masingmasing. Cs dapat mempertahankan 77% dari kapasitansi pada 0,5 A g 1 setelah peningkatan 8 kali lipat dari arus CD kepadatan, menunjukkan kemampuan tingkat yang memuaskan dari elektroda KGC. Nilai Cs terbesar untuk KGC (374F g 1 pada 0,5 A g 1) lebih unggul yang paling mewakili karbon berbasis biomassa, seperti serat nanas berbasis serat daun (202F g 1 pada 5 mV s 1) (Sodtipinta et al., 2017), karbon berbasis fiberboard (230F g 1 at 2 mV s 1) (Jin et al., 2013), karbon turunan kayu (255F g 1 pada 0,5 A g 1) (Yu et al., 2015), membran cangkang ayam berkarbonisasi (284F g 1 pada 0,2 A g 1) (Li et al., 2012), hemp stem based carbon sphere (318F g 1 pada 0,1 A g 1) (Wang et al., 2015), bambu berasal karbon (318F g 1 pada 0,2 A g 1) (Chen et al., 2015), karbon berbasis tanin (320F g 1 pada 2 mV s 1) (Braghiroli et al., 2015), berbasis selulosa karbon aerogel (328F g 1 pada 0,5 A g 1) (Zhuo et al., 2016), dan seterusnya. Cs ini juga sebanding dengan yang diperoleh untuk beberapa tingkat lanjut karbon nanomaterials, seperti karbon mesopori templated (201F g 1 pada 0,02 A g 1) (Li et al., 2017), logam organik berbasis Zn kerangka kerja (Zn-MOF) berasal karbon nanoporous (251F g 1 at 5 mV s 1) (Salunkhe et al., 2014), graphene yang dikeringkan dengan freeze-dried porous oksida (281F g 1 pada 0,5 A g 1) (Chen et al., 2014a; Chen et al., 2013), ZIF-8 berasal komposit karbon / karbon nanotube berpori (324F g 1 pada 0,5 A g 1) (Wan et al., 2017), dan berpori sulfur-doped mengurangi graphene oxide (343F g 1 pada 0,2 A g 1) (Chen et al., 2014c). Selanjutnya,
berdasarkan nilai C yang dihasilkan, densitas energi dari elektroda KGC berbasis yang dapat diperoleh dihitung menjadi 45,9, 37,8, 33,0, 29,3, 24,0, dan 19,9 Wh kg 1 pada kepadatan daya rata-rata 221, 407, 560, 691, 901, dan 1034W kg 1, masingmasing. Hasil ini menunjukkan kemampuan penyimpanan energi yang baik dari materi KGC yang disiapkan. Pengukuran CD galvanostatik digunakan untuk memperkirakan keandalan bersepeda dari elektroda KGC terbaik. Seperti yang disajikan di Gambar 6, elektroda Cs dari KGC mengalami penurunan yang relatif cepat dalam siklus awal, dan mempertahankan 77% dari nilai awalnya setelah tahun 2000 siklus. Akhirat, Cs nya menurun secara perlahan, dan turun ke 71% dari kapasitansi aslinya pada siklus ke-5000, yang masih sebanding kepada mereka dari beberapa bahan karbon yang serupa (Beidaghi et al., 2011; Wan et al., 2017; Ye et al., 2017). Selain itu, efisiensi Coulombic nilai tetap sekitar 99% setelah beberapa siklus awal. Hasil ini menunjukkan keandalan elektrokimia yang dapat diterima elektroda berbasis KGC. Untuk tujuan mengevaluasi potensi bahan KGC untuk penggunaan dalam perangkat supercapacitor praktis, sel dua elektroda konfigurasi memanfaatkan KGC as-disintesis sebagai bahan aktif juga dibangun dan diselidiki. The KGC dalam dua elektroda konfigurasi juga menunjukkan respon kapasitif yang khas dalam jendela tegangan 0-1,0 V seperti yang ditampilkan oleh CV dan Kurva CD pada Gambar. 7ac, masing-masing. Seperti yang digambarkan pada Gambar. 7d, maksimal kapasitansi spesifik yang diperoleh dari kurva CD KGC dalam konfigurasi dua-elektroda adalah 272F g 1 pada kepadatan arus CD 0,2 A g 1. Bahkan pada kepadatan arus CD 40 kali lipat lebih tinggi (pada 8,0 A g 1), nilai Cs ti nggi 111F g 1 masih dapat dipertahankan, menyiratkan potensi sistem untuk menghasilkan daya tinggi. Yang diamati kapasitansi spesifik maksimum untuk KGC dalam dua elektroda konfigurasi sebanding dengan yang sejenis bahan aktif, seperti itu sebagai rami karbon turunan (122F g 1 pada 1 A g 1) (Wang et al., 2013), karbon mesopori templated (126F g 1 pada 0,2 A g 1) (Li et al., 2017), N-doped karbon mesopori (212F g 1 pada 1 mV s 1) (Hu et al., 2014), protein sutra berasal karbon (264F g 1 pada 0,1 A g 1) (Yun et al., 2013), karbon daun daun celtuce (273F g 1 pada 0,5 A g 1) (Wang et al., 2012), dan seterusnya. Selanjutnya, yang tertinggi kepadatan energi KGC dalam konfigurasi dua-elektroda bisa mencapai 9,2 Wh kg 1 dengan kerapatan daya rata-rata 48Wkg 1, melebihi kepadatan energi (2-5 Wh kg 1) dikomersilkan karbon aktif dalam elektrolit encer (Raymundo-Piñero et al., 2009). Dalam hal kinerja bersepeda, Gambar. 6 mengungkapkan bahwa, setelah 2000 dan 5000 siklus, sekitar 70% dan 65% dari kapasitansi awal dipertahankan, masing-masing. Apalagi efisiensi Coulombic KGC ini dalam konfigurasi dua elektroda juga mempertahankan nilai sekitar 99% setelah beberapa siklus awal, menyarankan stabilitas elektrokimia yang baik. Hasil ini menandakan bahwa KGC yang berpori bisa dianggap sebagai calon yang diharapkan untuk dibuat supercapacitors praktis. 4. Kesimpulan Dalam karya ini, karbon aktif yang berkelanjutan dan berbiaya rendah adalah disiapkan dengan menggunakan daun Ginkgo biloba yang mati sebagai bahan baku
untuk aplikasi di supercapacitors. Kami meneliti efeknya tiga metode aktivasi pada komposisi, morfologi dan kinerja karbon yang disiapkan. Karena kontribusi ganda dari arsitektur nano hirarki dan oxygencontaining berlimpah kelompok, materi KGC yang disiapkan oleh aktivasi KOH dari karbon yang mati daun Ginkgo biloba ditampilkan Cs terbaik (374F g 1 pada 0,5 A g 1) relatif terhadap GC, ZnGC, atau BGC. Cs ini lebih unggul kepada mereka dari sebagian besar karbonat biomassa perwakilan, dan, lebih jauh lagi, sebanding dengan beberapa karbon maju Nanomaterials. Selain itu, KGC dalam konfigurasi dua elektroda juga didemonstrasikan sebanding atau bahkan unggul spesifik kapasitansi dibandingkan bahan elektroda serupa lainnya di dua elektroda konfigurasi. Hasil ini menandakan bahwa KGC berpori adalah kandidat yang sangat menjanjikan bahan aktif elektroda untuk mengarang supercapacitors praktis mengingat murahnya, lingkungan bahan sumber ramah dan terbarukan. Dan ini penelitian juga menawarkan pendekatan baru untuk mencapai nilai tambah yang tinggi pemanfaatan daun ginkgo mati di bidang penyimpanan energi. Ucapan terima kasih Dukungan keuangan dari pekerjaan ini diperoleh dari National Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam China (51403190), Ilmu Pengetahuan Alam Yayasan Provinsi Zhejiang Cina (LY15E020011), Program untuk Tim Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Utama Provinsi Zhejiang (2013TD17), Proyek Budidaya Bakat Muda dari Asosiasi Zhejiang untuk Sains dan Teknologi (2016YCGC019), Pemuda Top-notch Yayasan Pengembangan dan Pelatihan Talenta Yayasan Zhejiang A & F University, Dana Beasiswa Negara dari Beasiswa Cina (CSC), 151 Proyek Bakat Provinsi Zhejiang, Zhejiang A & F Program Pelatihan Penelitian Ilmiah Universitas untuk Mahasiswa (101-2013200030), Program Talenta Xinmiao Provinsi Zhejiang (2017R412010), dan Masyarakat Kehutanan Provinsi Zhejiang.
