Biomimetic Double‐Layered Carbon Nanofibers with Optimal Pore Size for Efficient Zinc‐Ion Storage

材料科学 储能 阳极 纳米技术 纳米孔 阴极 碳纳米纤维 碳纤维 多孔性 纳米纤维 化学工程 电极 静电纺丝 比表面积 双层 碳纳米泡沫 电解质 超级电容器 膜 纳米结构 纳米材料
作者
Zhenjuan Zang,Wang Yue,Xuefei Zhang,Peiyong Ma,Xianjun Xing,Chaofeng Zhang
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:: e01870-e01870
标识
DOI:10.1002/smtd.202501870
摘要

Abstract Zinc‐ion hybrid capacitors, combining the advantages of zinc‐ion batteries and supercapacitors, have amazing potential for large‐scale energy storage. However, the construction of carbon cathode suitable for zinc anode kinetics and capacity is still a key challenge, hampering the development of industrialization. Inspired by the structure of the Juncus, carbon nanofibers are fabricated from crop straw via electrospinning and in situ bilayer network structure growth. The size compatibility between nanopores and solvated [Zn (H 2 O) 6 ] 2+ enhances ultrafast ion and electron transport for the zinc‐ion storage. Moreover, interconnected pores and excellent specific surface area ensure highly efficient charge delivery at high mass loadings. The biomimetic carbon nanofibers deliver exceptional capacity (268.3 mAh g −1 ), battery‐quality energy density (215 Wh kg −1 ), and superior cyclic stability (96.15% retention rate after 75 000 cycles at 20 A g −1 ), surpassing commercial porous carbon electrodes. Insights into the zinc‐ion storage behavior testify that the optimal pore size for zinc‐ion storage ranging to be 0.87–3.80 nm, bilayer carbon network structure, and reversible surface physical/chemical interaction enable remarkable energy storage capability. This work provides simple approach for preparing efficient thick electrodes and offers valuable insights into the charge storage mechanism of zinc‐ion hybrid capacitors.
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