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Status and Opportunities of Zinc Ion Hybrid Capacitors: Focus on Carbon Materials, Current Collectors, and Separators 被引量:7
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作者 Yanyan Wang Shirong Sun +2 位作者 Xiaoliang Wu Hanfeng Liang Wenli Zhang 《Nano-Micro Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第6期73-111,共39页
Zinc ion hybrid capacitors(ZIHCs), which integrate the features of the high power of supercapacitors and the high energy of zinc ion batteries, are promising competitors in future electrochemical energy storage applic... Zinc ion hybrid capacitors(ZIHCs), which integrate the features of the high power of supercapacitors and the high energy of zinc ion batteries, are promising competitors in future electrochemical energy storage applications. Carbon-based materials are deemed the competitive candidates for cathodes of ZIHC due to their cost-effectiveness, high electronic conductivity, chemical inertness, controllable surface states, and tunable pore architectures. In recent years, great research efforts have been devoted to further improving the energy density and cycling stability of ZIHCs. Reasonable modification and optimization of carbon-based materials offer a remedy for these challenges. In this review, the structural design, and electrochemical properties of carbon-based cathode materials with different dimensions, as well as the selection of compatible, robust current collectors and separators for ZIHCs are discussed. The challenges and prospects of ZIHCs are showcased to guide the innovative development of carbon-based cathode materials and the development of novel ZIHCs. 展开更多
关键词 zinc ion hybrid capacitors Carbon materials Carbon cathode Current collectors SEPARATORS
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Pyridinic nitrogen enriched porous carbon derived from bimetal organic frameworks for high capacity zinc ion hybrid capacitors with remarkable rate capability 被引量:4
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作者 Yao Li Pengfei Lu +5 位作者 Ping Shang Lisha Wu Xiao Wang Yanfeng Dong Ronghuan He Zhong-Shuai Wu 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第5期404-411,共8页
Aqueous zinc ion hybrid capacitors(ZIHCs)hold great potential for large-scale energy storage applications owing to their high safety and low cost,but suffer from low capacity and energy density.Herein,pyridinic nitrog... Aqueous zinc ion hybrid capacitors(ZIHCs)hold great potential for large-scale energy storage applications owing to their high safety and low cost,but suffer from low capacity and energy density.Herein,pyridinic nitrogen enriched porous carbon(nPC)was successfully synthesized via the growth,subsequent annealing and acid etching of bimetal organic frameworks for high capacity and safe ZIHCs with exceptional rate capability.Benefiting from the mesopores for easy ion diffusion,high electrical conductivity enabled by in-situ grown carbon nanotubes matrix and residual metal Co nanoparticles for fast electron transfer,sufficient micropores and high N content(8.9 at%)with dominated pyridinic N(54%)for enhanced zinc ion storage,the resulting nPC cathodes for ZIHCs achieved high capacities of 302 and137 m Ah g^(-1) at 1 and 18 A g^(-1),outperforming most reported carbon based cathodes.Theoretical results further disclosed that pyridinic N possessed larger binding energy of-4.99 eV to chemically coordinate with Zn2+than other N species.Moreover,quasi-solid-state ZIHCs with gelatin based gel electrolytes exhibited high energy density of 157.6 Wh kg^(-1) at 0.69 kW kg^(-1),high safety and mechanical flexibility to withstand mechanical deformation and drilling.This strategy of developing pyridinic nitrogen enriched porous carbon will pave a new avenue to construct safe ZIHCs with high energy densities. 展开更多
关键词 zinc ion hybrid capacitors Nitrogen doping Porous carbon Metal organic frameworks High capacity
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High-yield production of porous carbon spheres derived from enzymatic hydrolysis lignin for zinc ion hybrid capacitors 被引量:1
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作者 Tao Huang Xihong Zu +3 位作者 Jianhui Ma Wenbin Jian Xueqing Qiu Wenli Zhang 《Frontiers of Chemical Science and Engineering》 SCIE EI CSCD 2024年第2期127-136,共10页
The widespread implementation of supercapacitors is hindered by the limited energy density and the pricey porous carbon electrode materials.The cost of porous carbon is a significant factor in the overall cost of supe... The widespread implementation of supercapacitors is hindered by the limited energy density and the pricey porous carbon electrode materials.The cost of porous carbon is a significant factor in the overall cost of supercapacitors,therefore a high carbon yield could effectively mitigate the production cost of porous carbon.This study proposes a method to produce porous carbon spheres through a spray drying technique combined with a carbonization process,utilizing renewable enzymatic hydrolysis lignin as the carbon source and KOH as the activation agent.The purpose of this study is to examine the relationship between the quantity of activation agent and the development of morphology,pore structure,and specific surface area of the obtained porous carbon materials.We demonstrate that this approach significantly enhances the carbon yield of porous carbon,achieving a yield of 22%in contrast to the conventional carbonization-activation method(9%).The samples acquired through this method were found to contain a substantial amount of mesopores,with an average pore size of 1.59 to 1.85 nm and a mesopore ratio of 25.6%.Additionally,these samples showed high specific surface areas,ranging from 1051 to 1831 m2·g^(−1).Zinc ion hybrid capacitors with lignin-derived porous carbon cathode exhibited a high capacitance of 279 F·g^(−1) at 0.1 A·g^(−1) and an energy density of 99.1 Wh·kg^(−1) when the power density was 80 kW·kg^(−1).This research presents a novel approach for producing porous carbons with high yield through the utilization of a spray drying approach. 展开更多
关键词 enzymatic hydrolysis lignin porous carbon spheres spray drying zinc ion hybrid capacitors
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Metal-organic framework-derived porous carbon for the advanced aqueous zinc-ion hybrid capacitor
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作者 LIU Wei-fang HU Zi-han ZHANG Qi 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期2268-2279,共12页
Aqueous zinc ion hybrid capacitors(ZIHCs)are considered one of the most promising electrochemical energy storage systems due to their high safety,environmental friendliness,low cost,and high power density.However,the ... Aqueous zinc ion hybrid capacitors(ZIHCs)are considered one of the most promising electrochemical energy storage systems due to their high safety,environmental friendliness,low cost,and high power density.However,the low energy density and the lack of sustainable design strategies for the cathodes hinder the practical application of ZIHCs.Herein,we design the N and O co-doped porous carbon cathode by annealing metal-organic framework(ZIF-8).ZIF-8 retains the original dodecahedral structure with a high specific surface(2814.67 m^(2)/g)and I_(G)/I_(D) ratio of 1.0 during carbonization and achieves self-doping of N and O heteroatoms.Abundant defect sites are introduced into the porous carbon to provide additional active sites for ion adsorption after the activation of carbonized ZIF-8 by KOH treatment.The ZIHCs assembled with modified ZIF-8 as the cathode and commercial zinc foil as the anode show an energy density of 125 W∙h/kg and a power density of 79 W/kg.In addition,this ZIHCs device achieves capacity retention of 77.8%after 9000 electrochemical cycles,which is attributed to the diverse pore structure and plentiful defect sites of ZIF-8-800(KOH).The proposed strategy may be useful in developing high-performance metal-ion hybrid capacitors for large-scale energy storage. 展开更多
关键词 zinc ion hybrid capacitor CATHODE metal-organic framework(ZIF-8) KOH activation
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High-Power and Ultralong-Life Aqueous Zinc-Ion Hybrid Capacitors Based on Pseudocapacitive Charge Storage 被引量:14
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作者 Liubing Dong Wang Yang +7 位作者 Wu Yang Chengyin Wang Yang Li Chengjun Xu Shuwei Wan Fengrong He Feiyu Kang Guoxiu Wang 《Nano-Micro Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第4期650-658,共9页
Rechargeable aqueous zinc-ion hybrid capacitors and zincion batteries are promising safe energy storage systems.In this study,amorphous RuO2·H2O for the first time was employed to achieve fast and ultralong-life ... Rechargeable aqueous zinc-ion hybrid capacitors and zincion batteries are promising safe energy storage systems.In this study,amorphous RuO2·H2O for the first time was employed to achieve fast and ultralong-life Zn2+storage based on a pseudocapacitive storage mechanism.In the RuO2·H2O||Zn zinc-ion hybrid capacitors with Zn(CF3SO3)2 aqueous electrolyte,the RuO2·H2O cathode can reversibly store Zn2+in a voltage window of 0.4-1.6 V(vs.Zn/Zn2+),delivering a high discharge capacity of 122 mAh g?1.In particular,the zinc-ion hybrid capacitors can be rapidly charged/discharged within 36 s with a very high power density of 16.74 kW kg?1 and a high energy density of 82 Wh kg?1.Besides,the zinc-ion hybrid capacitors demonstrate an ultralong cycle life(over 10,000 charge/discharge cycles).The kinetic analysis elucidates that the ultrafast Zn2+storage in the RuO2·H2O cathode originates from redox pseudocapacitive reactions.This work could greatly facilitate the development of high-power and safe electrochemical energy storage. 展开更多
关键词 zinc-ion hybrid capacitor HYDROUS ruthenium oxide Ultralong LIFE Redox PSEUDOCAPACITANCE High power
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Surface engineering towards high-energy carbon cathode for advanced aqueous zinc-ion hybrid capacitors 被引量:1
6
作者 Xingyuan Gao Huilin Deng +2 位作者 Yuanbin Fang Yuyan Li Xihong Lu 《Chinese Chemical Letters》 SCIE CAS CSCD 2023年第8期356-359,共4页
Opportunities coexist with challenges for the development of carbon-based cathodes with a high energy density applied for zinc ion hybrid capacitors(ZIHCs).In the present study,a facile and effective surface engineeri... Opportunities coexist with challenges for the development of carbon-based cathodes with a high energy density applied for zinc ion hybrid capacitors(ZIHCs).In the present study,a facile and effective surface engineering approach is demonstrated to greatly improve the energy storage ability of commercial carbon paper(CP)in ZIHC.Benefiting from the introduced oxygen functional groups,larger surface area and improved surface wettability upon air calcination,the assembled aqueous ZIHC with the functionalized carbon paper(FCP)exhibits a much higher areal capacity of 0.22 mAh/cm^(2)at 1 mA/cm^(2),outperforming the counterpart with blank CP by over 5000 times.More importantly,a superior energy density and power density of 130.8μWh/cm^(2)and 7460.5μW/cm^(2),are respectively delivered.Furthermore,more than 90%of the initial capacity is retained over 10000 cycles.This surface engineering strategy to improve the energy storage capability is potentially applicable to developing a wide range of high-energy carbon electrode materials. 展开更多
关键词 zinc ion hybrid capacitor Carbon cathode Air activation PSEUDOCAPACITANCE Surface engineering
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三维氮掺杂分级多孔碳纳米片的制备及储锌性能
7
作者 何军 朱傲阳 +3 位作者 魏雨晨 朱怡全 蒋莉 何孝军 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期133-144,共12页
以MgO@ZIF-8为双模板和辅助碳源,KHCO_(3)为活化剂,煤沥青(CTP)为碳源,制备了三维氮掺杂分级多孔碳纳米片(N-CNs),探究了KHCO_(3)与CTP的质量比对N-CNs的结构、化学组成和锌离子储存性能的影响.结果表明,当KHCO_(3)与CTP的质量比为3∶1... 以MgO@ZIF-8为双模板和辅助碳源,KHCO_(3)为活化剂,煤沥青(CTP)为碳源,制备了三维氮掺杂分级多孔碳纳米片(N-CNs),探究了KHCO_(3)与CTP的质量比对N-CNs的结构、化学组成和锌离子储存性能的影响.结果表明,当KHCO_(3)与CTP的质量比为3∶1时,制备的样品(N-CN_(3))具有三维互连的碳纳米片结构、高比表面积(2360m^(2)/g)和吡咯氮含量.将N-CN_(3)作为锌离子混合电容器(ZHCs)正极时,其在2mol/LZnSO_(4)电解液中展现了出色的比容量(当电流密度为0.2A/g时,比容量为157.6mA·h/g)、高的能量密度(在176.1W/kg功率密度下能量密度为126.5 W·h/kg)和优异的循环稳定性(当电流密度为5 A/g时,经过20000次循环后容量仅衰减6.4%,库仑效率为99.6%).密度泛函理论计算结果证实,吡咯氮掺杂增加了电极材料对锌离子的吸附能,提高了N-CNs对锌离子的吸附容量. 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 煤沥青 多孔碳 MgO@ZIF-8 密度泛函理论计算
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硼氮共掺杂海藻酸钠基多孔炭及其快速高效储锌
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作者 卢亚平 王红星 +2 位作者 刘澜涛 庞伟伟 陈晓红 《新型炭材料(中英文)》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期506-514,共9页
近年来,锌离子电容器(ZIHCs)因其环境友好性和优异的电化学性能而备受关注。然而,ZIHCs的研究体系尚不成熟,为改善ZIHCs的储能动力学和循环稳定性等问题,亟需研发出低成本和高性能的碳基电极材料。本工作以海藻酸钠为碳前驱体,五硼酸铵... 近年来,锌离子电容器(ZIHCs)因其环境友好性和优异的电化学性能而备受关注。然而,ZIHCs的研究体系尚不成熟,为改善ZIHCs的储能动力学和循环稳定性等问题,亟需研发出低成本和高性能的碳基电极材料。本工作以海藻酸钠为碳前驱体,五硼酸铵为氮源和硼源,采用一步水热活化策略合成了氮/硼含量较高的分级多孔炭(NBSPC)。这种策略可以有效重塑炭的多孔结构,产生大量的活性位点,贡献额外的赝电容,从而提高其电化学性能。以NBSPC为正极构建了锌离子电容器,其在40 A g^(-1)的超高电流密度下,可以实现85.4 mAh g^(-1)优异的倍率性能,并在10 A g^(-1)的电流密度下可以稳定循环15000次,容量保持率高达94.5%。 展开更多
关键词 海藻酸钠衍生多孔炭 氮/硼共掺杂 一步水热活化 锌离子电容器
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双炭复合材料的制备及电化学性能研究
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作者 张永明 韩立新 +3 位作者 李志强 陈萧 戴磊 龙柱 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期10088-10094,共7页
酚醛树脂是一种成本低、含碳量丰富的常用炭前驱体。然而,酚醛树脂热解炭具有结构规定性较高、层间空间较小的特点,导致电化学储锌能力较差。具有分级多孔结构的植物纤维衍生炭是实现电解质快速扩散和提高电容器性能的理想材料。在此,... 酚醛树脂是一种成本低、含碳量丰富的常用炭前驱体。然而,酚醛树脂热解炭具有结构规定性较高、层间空间较小的特点,导致电化学储锌能力较差。具有分级多孔结构的植物纤维衍生炭是实现电解质快速扩散和提高电容器性能的理想材料。在此,以漂白针叶木浆作为纤维原料、酚醛树脂粉末作为填料,采用湿法造纸技术和热解炭化工艺成功制备了由针叶木纤维衍生炭和酚醛树脂热解炭构成的炭复合材料,并将其用作锌离子混合电容器自支撑正极材料。研究表明,针叶木纤维衍生炭赋予电极较高的比容量;酚醛树脂热解炭能够提高电极的循环稳定性。所组装的电容器具有优异的倍率性能和循环稳定性。在1 A/g的电流密度下的初始比容量为101.0 mAh/g,经过2500次循环以后,比容量为91.0 mAh/g,容量保持率为90%。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 针叶木纤维衍生炭 酚醛树脂热解炭 自支撑正极材料
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锌离子混合超级电容器电极材料研究进展
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作者 陈青清 刘亚强 《山东化工》 CAS 2024年第5期57-59,63,共4页
锌离子混合超级电容器兼具了锌离子电池的高能量密度与超级电容器的高功率密度和高循环稳定性的优点,在便携式电子设备和电动汽车领域具有极高的应用前景。本文介绍了锌离子混合超级电容器的工作原理,全面系统梳理了碳材料(活性炭、多... 锌离子混合超级电容器兼具了锌离子电池的高能量密度与超级电容器的高功率密度和高循环稳定性的优点,在便携式电子设备和电动汽车领域具有极高的应用前景。本文介绍了锌离子混合超级电容器的工作原理,全面系统梳理了碳材料(活性炭、多孔碳、碳纳米管、石墨烯、生物质衍生碳和MOFs/COFs衍生碳)和赝电容材料(二氧化钌和MXene基材料)等电容型电极材料的储锌能力,归纳了金属锌、锰基氧化物和钒基氧化物等电池型电极材料的研究进展,指出高性能锌离子混合超级电容器电极材料目前所面临的挑战及未来的发展方向。 展开更多
关键词 锌离子混合超级电容器 电容型电极材料 电池型电极材料 电化学性能
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氮磷掺杂生物质介孔炭的合成及其电化学性能 被引量:1
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作者 张博 李想 +1 位作者 刘伟 李晓丽 《林产化学与工业》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期56-62,共7页
以桉木木质纤维素作原料,六对羧基苯氧基环三磷腈(HCPCP)作为氮磷掺杂剂,NaOH作为共活化剂,采用先炭化后活化制备了木质纤维素基氮磷掺杂介孔炭(NPC)材料,采用SEM、XRD、XPS和拉曼光谱等方法对介孔炭材料进行表征。研究结果表明:活化温... 以桉木木质纤维素作原料,六对羧基苯氧基环三磷腈(HCPCP)作为氮磷掺杂剂,NaOH作为共活化剂,采用先炭化后活化制备了木质纤维素基氮磷掺杂介孔炭(NPC)材料,采用SEM、XRD、XPS和拉曼光谱等方法对介孔炭材料进行表征。研究结果表明:活化温度650℃下得到的样品(NPC-650)具有丰富的蜂窝状孔隙结构,平均孔径为5.18 nm,介孔体积比89%。用介孔炭NPC-650作为阴极材料组装成锌离子混合电容器,在0.2 A/g电流密度下比电容为194 F/g,能量密度为87.3(W·h)/kg,功率密度为179.5 W/kg,在10 A/g电流密度下充/放电5000次,电容保持率98.9%。 展开更多
关键词 木质纤维素 介孔炭材料 锌离子混合电容器
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高载量钴离子掺杂MnO_(2)用于高性能锌离子混合电容器 被引量:1
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作者 姚远 徐子明 +2 位作者 刘恒翰 吴凤楠 李生娟 《有色金属材料与工程》 CAS 2023年第6期61-70,共10页
通过恒流电沉积的方法在柔性碳布上制备了钴离子掺杂的MnO_(2),其负载量达到13.8 mg/cm^(2)。利用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron sp... 通过恒流电沉积的方法在柔性碳布上制备了钴离子掺杂的MnO_(2),其负载量达到13.8 mg/cm^(2)。利用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectrometer,XPS)和电化学工作站等对材料的结构和性能进行表征,探究了钴离子掺杂对MnO_(2)电化学性能的影响。结果表明,当该电极与活性炭组装成液态锌离子混合电容器(zinc ion hybrid capacitors,Zn-HCs)时,Zn-HCs在2 mA/cm^(2)的电流密度下,面积比电容高达5883.0 mF/cm^(2),面积能量密度为3154.9μWh/cm^(2),与锌离子电池的能量水平相当。当该电极与活性炭组装成准固态柔性Zn-HCs时,Zn-HCs具有较好能量密度(在1 mW/cm^(2)的功率密度下达1351.1μWh/cm^(2))的同时具有优异的机械柔韧性,使Zn-HCs有望应用于新一代的柔性可穿戴设备。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 高载量 钴离子掺杂MnO_(2) 电沉积 柔性
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碳基锌离子电容器正负极间距对其电化学性能的影响
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作者 胡鹏云 张馨壬 +2 位作者 罗先游 黄红琳 陈永 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期200-206,281,共8页
本研究通过增加隔膜层数来增加正负极的间距以提高锌离子混合超级电容器(ZIC)的循环寿命,并计算出相应的枝晶生长速率。结果表明,四层隔膜的ZIC在1 A·g^(-1)的电流密度下,循环寿命可达20000圈,充放电时长达170 h,是单层隔膜的200... 本研究通过增加隔膜层数来增加正负极的间距以提高锌离子混合超级电容器(ZIC)的循环寿命,并计算出相应的枝晶生长速率。结果表明,四层隔膜的ZIC在1 A·g^(-1)的电流密度下,循环寿命可达20000圈,充放电时长达170 h,是单层隔膜的200倍。正负极间距会导致ZIC的比容量变化。当电流密度为0.1 A·g^(-1)时,单层隔膜,双层隔膜,三层隔膜,四层隔膜的比电容分别为262,230,218和207 F·g^(-1)。当电流密度为10 A·g^(-1)时,不同层数隔膜的比电容分别为90,75,68和42 F·g^(-1)。由于正负极间距的增加,延缓了锌枝晶生长刺穿隔膜的时间,从而大大提高了ZIC的循环寿命。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 隔膜 锌枝晶 比电容
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生物质衍生氮掺杂蜂窝状分级多孔碳用于高性能水系锌离子混合电容器
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作者 胡志威 苏汇强 +1 位作者 张杰 汪德伟 《安徽化工》 CAS 2023年第2期47-52,共6页
水系锌离子混合电容器(ZHCs)因其低成本、高安全性、优异的倍率性能以及超长的循环寿命引起了广泛的关注。以生物质鲜姜纤维作为前驱体,在碳酸氢钾和尿素的协同作用下,采用一步法合成了氮掺杂的蜂窝状多孔炭。所获得的多孔炭材料具有2 5... 水系锌离子混合电容器(ZHCs)因其低成本、高安全性、优异的倍率性能以及超长的循环寿命引起了广泛的关注。以生物质鲜姜纤维作为前驱体,在碳酸氢钾和尿素的协同作用下,采用一步法合成了氮掺杂的蜂窝状多孔炭。所获得的多孔炭材料具有2 553.2 m^(2)·g^(-1)的高比表面积和3.86%的氮掺杂量。这种独特的蜂窝状结构可使ZHCs(N-HHPC-1//Zn)在0.1 A·g^(-1)的电流密度下获得了148.8 mAh·g^(-1)的高比容量,并在30 A·g^(-1)的电流密度下获得53.6%的容量保持率。该策略可以为制备氮掺杂的生物质衍生多孔炭用于ZHCs提供新的思路。 展开更多
关键词 生物质 活性炭 蜂窝状分级多孔炭 活化 氮掺杂 超级电容器 锌离子混合电容器
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锌离子混合电容器研究进展
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作者 马奥雯 《生物化工》 CAS 2023年第3期181-185,共5页
储能和转换一直是电化学领域关注的一大问题。近年来,混合电容器作为能源相关应用的器件引起了广泛的关注。由于锌资源丰富且具有较高的理论容量和较高的安全系数,使得锌离子混合电容器的研究极具价值。本文阐述了锌离子混合电容器电解... 储能和转换一直是电化学领域关注的一大问题。近年来,混合电容器作为能源相关应用的器件引起了广泛的关注。由于锌资源丰富且具有较高的理论容量和较高的安全系数,使得锌离子混合电容器的研究极具价值。本文阐述了锌离子混合电容器电解质、阴极、阳极等材料的种类及特点,在此基础上,展望了锌离子混合电容器发展前景,分析了锌离子混合电容器在可穿戴/便携式储能、微尺度器件等领域的应用潜力和研究价值。 展开更多
关键词 混合电容器 锌离子 电解质
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基于三维多孔活性炭构筑安全、高性能以及长循环寿命的锌离子混合电容器 被引量:7
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作者 赵攀 杨兵军 +3 位作者 陈江涛 郎俊伟 张天芸 阎兴斌 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第2期150-156,共7页
可充电水系锌离子电池因成本低、环境友好等优点,已经成为目前电化学储能领域的研究热点之一。然而锌离子电池中高容量、长循环寿命的阴极材料的开发仍然是一大难题。为了解决这一问题,本文中通过直接利用锌片做阳极和集流体,采用高比... 可充电水系锌离子电池因成本低、环境友好等优点,已经成为目前电化学储能领域的研究热点之一。然而锌离子电池中高容量、长循环寿命的阴极材料的开发仍然是一大难题。为了解决这一问题,本文中通过直接利用锌片做阳极和集流体,采用高比表面积的三维多孔活性炭(3DAC)做阴极构筑了一种锌离子混合电容器(ZIHC)。该ZIHC器件表现出了优异的电化学性能,具有目前文献报道的ZIHC最高的213 mAh·g-1比容量,展示出164Wh·kg-1的高能量密度和9.3kW·kg-1的高功率密度以及优异的循环稳定性(10 A·g-1下循环20000圈之后,容量保持率为90%,库伦效率接近100%)。我们认为这种采用高比表、三维多孔活性炭(3DAC)做阴极构筑的安全、高性能以及长寿命的水系锌离子混合电容器将为下一代高性能储能器件的开发提供新的研究思路。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 三维多孔活性炭 能量密度 功率密度 长循环寿命
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MXene基纳米材料在高性能水系锌离子混合电容器中的研究进展 被引量:4
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作者 张明慧 徐文 +1 位作者 武丽莎 董琰峰 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期508-526,共19页
水系锌离子混合电容器(ZHCs)具有本征安全、低成本的优点,在大规模储能领域中具有广阔的应用前景。然而,传统的多孔炭正极具有不理想的孔结构,难以实现有效的锌离子的存储和扩散,此外锌箔负易遭受枝晶和副反应,因此传统ZHCs常表现出较... 水系锌离子混合电容器(ZHCs)具有本征安全、低成本的优点,在大规模储能领域中具有广阔的应用前景。然而,传统的多孔炭正极具有不理想的孔结构,难以实现有效的锌离子的存储和扩散,此外锌箔负易遭受枝晶和副反应,因此传统ZHCs常表现出较低的能量密度和较短的循环寿命,严重制约其实际应用。二维过渡金属碳/氮化物(MXene)具有高导电基体和丰富表面官能团,为构筑ZHCs用高容量正极和长循环锌负极提供了新机遇。本文系统总结了高性能ZHCs用MXene基纳米材料的最新进展,先简要介绍了ZHCs的基础知识如工作原理和关键电化学参数,随后详细阐述了高性能ZHCs用MXene基正极(纯MXene、插层MXene、掺杂MXene、MXene基杂化材料(MXene/金属硫化物、MXene/炭、MXene/聚合物))和负极的研究进展,最后简要讨论了MXene基纳米材料在下一代ZHCs应用中的挑战和展望。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 MXene 正极 负极
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五氧化二铌/碳纳米管水系锌离子混合电容器负极材料的制备及其电化学性能 被引量:3
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作者 张思佳 范宪楷 +1 位作者 陈晗 周伟 《化学试剂》 CAS 北大核心 2021年第9期1180-1187,共8页
水系锌离子混合电容器具有高能量密度和高功率密度等优点,受到了广泛的关注。开发高性能锌离子电容器的关键在于寻找电池型电极材料,以匹配其与电容型电极材料之间的功率不平衡。通过水热法制备出了碳纳米管与五氧化二铌的复合物(Nb_(2)... 水系锌离子混合电容器具有高能量密度和高功率密度等优点,受到了广泛的关注。开发高性能锌离子电容器的关键在于寻找电池型电极材料,以匹配其与电容型电极材料之间的功率不平衡。通过水热法制备出了碳纳米管与五氧化二铌的复合物(Nb_(2)O_(5)@CNTs),在0.2 A/g的电流密度下放电比容量为257 F/g,显示出其作为锌离子混合电容器电极材料的巨大潜力。将Nb_(2)O_(5)@CNTs作为负极、高比表面积的活性炭(AC)作为正极组装成Nb_(2)O_(5)@CNTs//AC锌离子混合电容器,该电容器的电压区间为0~1.9 V,在0.2 A/g的电流密度下其放电比容量高达95 F/g,经过3000次循环后容量保持率为72%,具有良好的倍率性能和循环稳定性,能量密度最高达48 Wh/kg,功率密度最高达1831 W/kg,Nb_(2)O_(5)@CNTs//AC锌离子混合电容器有望作为下一代高性能锌离子混合电容器。 展开更多
关键词 水热法 Nb_(2)O_(5) 碳纳米管 复合材料 锌离子混合电容器
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简易合成Cu_(2)Se/rGO水凝胶用于高性能锌离子混合电容器
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作者 蒋立君 樊姗 +5 位作者 张新雨 潘昊鑫 戴勤进 韩洋 严宇琪 樊鹏阳 《广州化工》 CAS 2022年第21期59-61,98,共4页
环境友好和低成本的锌离子混合超级电容器在大规模储能方面受到了相当大的关注。过渡金属硒化物因其具有高的可逆容量、优越的导电性和多功能结构而受到了人们的广泛关注。在本研究中,通过一个简单的液相反应合成了三维Cu_(2) Se/rGO水... 环境友好和低成本的锌离子混合超级电容器在大规模储能方面受到了相当大的关注。过渡金属硒化物因其具有高的可逆容量、优越的导电性和多功能结构而受到了人们的广泛关注。在本研究中,通过一个简单的液相反应合成了三维Cu_(2) Se/rGO水凝胶复合物。在以锌片和Cu_(2) Se/rGO分别为负、正极材料的锌离子混合电容器(ZHICs)中Cu_(2) Se/rGO电极在0.1 A·g^(-1)时电容为130 F·g^(-1),远远大于Cu_(2) Se颗粒的54.5 F·g^(-1)。这显示着水凝胶rGO的加入能够提高锌离子的存储容量。 展开更多
关键词 液相反应 Cu_(2)Se/rGO 水凝胶 锌离子电容器
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