Batteries & Supercaps:MOF 衍生的多孔碳用于高能量密度和长循环寿命的锌离子混合电容器

  • A+


锌离子混合电容器(Zinc-ion hybrid capacitors,ZHCs),是一种集高能量锌离子电池和高功率超级电容器优点于一体的新型储能器件,近年来受到越来越多的关注。它们不仅性能优异,而且具有成本低、安全性高等优点。此外,ZHCs使用的Zn电极具有较高的理论容量(823 mA h g-1或5855 mA h cm-3),良好的导电性和低氧化还原电势(-0.76 V vs. SHE),在水溶液电解质中作为活性电极相对稳定。因此,水系ZIHCs是一种能满足实际生产需求的储能装置。ZHCs的组成及部分电化学行为如图所示:



1

图1. ZHCs电化学机理示意图

金属有机框架(MOFs)或多孔配位聚合物(PCPs)是由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键自组装连接而成的一类具有高孔隙率、结构多样、孔结构可调的新型材料。其制备方法包括水热/溶剂热,微波辅助、超声、电化学和机械法等。本文将二氧化锰和有机配体通过简单水热法合成Mn-MOF,之后将其在氩气环境下高温热解合成了多孔碳材料Mn3O4/C。它们的高比表面积和丰富的孔隙结构为电化学反应提供了更多的活性位点。同时,它还促进了电极材料与电解质离子之间的赝电容反应。碳材料的存在增强了电极的导电性,从而加快电化学反应过程中离子和电子的转移速度。基于Mn3O4/C电极的 ZHC 经过 10,000 次循环后,其电容量保持率达到 97.7%,在 3 A g-1 电流条件下,比电容为 155.3 mAh g-1。功率密度为 100 W kg-1时,其能量密度为 464.5 Wh kg-1。表明制备的电容器具有高能量和功率密度以及超长的循环寿命和高容量保持率。此外,该材料在 0 ℃ 下仍能保持出色的速率和充放电性能。

6

图2. 几种正极材料制备的 ZHCs在3A g-1循环性能

文信息

MOF-Derived Porous Carbon for Zinc-ion Hybrid Capacitors with Ultra-High Energy Density and Long Cycling Life

Junjie Zhang, Xiang Wu, Shaohua Luo

本文第一作者为2022级硕士研究生张钧杰,通讯作者为武祥教授和罗绍华教授。此研究获得国家自然科学基金(52172218)支持。


Batteries&Supercaps

DOI: 10.1002/batt.202400205




weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0