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

发布时间：2024-03-09 03:41

　　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。

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图4(a)原始锌片与循环后锌片的XRD图；(b,c)原始锌片与循环后锌片的SEM图

为探究3DAC的内部结构，对其进行了TEM表征(图2a,b),TEM中可以看出3DAC为三维结构，多孔且分布均匀。图2c的XRD图谱中，在23°和42°左右分别观察到一个宽峰和一个微弱的峰，反映了其结构为典型的无定型碳结构。图2d所示的拉曼光谱中，在1350和1560cm-1左....

图1ZIHC装置结构及工作示意图

图1ZIHC装置结构及工作示意图我们对构建的Zn阳极、ZnSO4电解液、3DAC阴极(3DAC//ZnSO4(aq)//Zn)的储能体系进行了电化学性能研究。图3a,b中的循环伏安测试(CV)以及恒流充放电测试(GCD)曲线表示3DAC//ZnSO4(aq)//Zn在0.1-1....

图23DAC的(a,b)TEM图，(c)XRD图，(d)Raman谱图，(e)N2吸脱附等温曲线和(f)孔径分布图

我们对构建的Zn阳极、ZnSO4电解液、3DAC阴极(3DAC//ZnSO4(aq)//Zn)的储能体系进行了电化学性能研究。图3a,b中的循环伏安测试(CV)以及恒流充放电测试(GCD)曲线表示3DAC//ZnSO4(aq)//Zn在0.1-1.7V的电压窗口范围内能够稳定工....

图3ZIHC的电化学性能表征

本文编号：3922845