鋅離子混合超級電容器 (ZHSC) 已成為一種安全高效儲能的有前途的解決方案，兼具電池和超級電容器的優點。盡管具有這些優勢，ZHSC 仍面臨著碳陰極能量密度有限的挑戰。碳材料儲存電荷的能力主要取決于它們通過可逆吸附/解吸過程容納鋅離子的能力。大量研究集中在增加碳陰極的孔隙率以提高 ZHSC 的能量密度。 然而，高度多孔的結構通常會犧牲密度，限制體積電容和在緊湊型設備中的實際使用。實現重量和體積性能之間的平衡仍然是一項重大挑戰，因此需要開發多孔但致密的碳材料。
近日，華南農業大學Yeru Liang提出了一種納米限制碳化方法，精心設計了具有均衡孔隙率和密度的多孔碳陰極，實現了優異的重量和體積鋅離子存儲性能，同時分析了孔隙結構與電化學性能之間的關系，揭示了鋅存儲的最佳孔徑范圍。本研究旨在為開發具有重量和體積性能的 ZHCSs 鋪平道路。
文章要點
1）納米受限碳化有效抑制了碳質炭的膨脹，形成了致密的多孔碳。 通過調節二氧化硅的量，可以輕松調整所得碳材料的密度和孔結構。
2）當用作ZHSC中的正極時，典型的高密度多孔碳表現出高重量電容（452 F g-1）和體積電容（353 F cm-3）的特殊組合，以及卓越的倍率能力和循環穩定性，超越了傳統的多孔碳和商用微孔碳。
3）對鋅離子存儲行為的深入了解表明，直徑在1.2-5.5納米范圍內的孔被確定為鋅離子存儲的主要位置，而5.5納米以上的孔對于快速離子擴散至關重要，有助于提高倍率性能。
這項研究強調了納米受限碳化在設計高能量密度ZHSC碳正極方面的潛力。
參考文獻
Jiacong Lu, et al, Nanoconfined Carbonization Enabling High-Density Porous Carbon for Jointly Superior Gravimetric and Volumetric Zinc-Ion Storage, Energy Environ. Sci., 2024
DOI: 10.1039/D4EE02163K
