富氮多孔碳纳米片的氮掺杂构型调控及其储锌性能

基于多孔碳正极和锌金属负极构建的水性锌离子电容器(ZICs)具有成本低、环境友好、安全性高和长期耐用等优点,近年来受到广泛关注。本文以具有共价有机框架结构(COF)的富氮聚合物为碳源前体,通过简单的炭化自活化策略,合成了富氮多孔碳纳米片(NPCN-x)。研究表明,基于聚合物前体丰富的COF结构特点,炭化温度对所制备碳材料的氮含量和氮掺杂构型有显著影响,且碳材料表面的吡咯氮含量与其储锌性能呈现高度线性相关。优化后的NPCN-800其吡咯氮原子分数高达2.15%,作为ZICs的正极材料,在0.5A/g的电流密度下,展现出158mAh/g的高比容量和优异的循环稳定性。结合密度泛函理论计算发现,碳材料表面的吡咯氮构型具有优异的电化学活性,能够显著增强Zn离子的化学吸脱附过程。该研究为高性能ZICs用碳基电极材料的设计构建提供了新思路。

电解液对水系可充电池MnO_2正极电化学性能的影响

研究了水系电解液中Li^+、Zn^(2+)和Mn^(2+)阳离子对具有不同晶型结构和形貌的MnO_2正极电化学性能的影响,探讨其储能机理。结果表明,在不含Mn(Ⅱ)离子的水溶液中,MnO_2电极所表现的电化学性能趋同,容量低,衰减快。含有Zn^(2+)离子的水溶液中,MnO_2电极因二价锌离子的嵌入-脱出,容量明显提升,但衰减严重。当溶液中同时含有Zn^(2+)、Mn^(2+)离子时,基于Mn^(2+)和Zn^(2+)离子之间的协同作用和Mn^(2+)离子氧化/还原反应过程的作用,有效抑制MnO_2颗粒的聚集和结构塌陷,削弱碱式硫酸锌杂质不利的影响,保持了锌离子在MnO_2电极中嵌入-脱出的高容量特性(200 m Ah?g^(-1),电流密度:100m A?g^(-1)),及良好的循环稳定性。