Porous Structure‐Electrochemical Performance Relationship of Carbonaceous Electrode‐Based Zinc Ion Capacitors

材料科学 电化学 电容器 电极 多孔性 离子 超级电容器 化学工程 无机化学 纳米技术 复合材料 冶金 电压 有机化学 物理化学 电气工程 化学 工程类
作者
Kang Xiao,Xudong Jiang,Siping Zeng,Jierui Chen,Ting Hu,Kai Yuan,Yiwang Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (44) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/adfm.202405830
摘要

Abstract The porous structure is critical for carbonaceous electrode‐based zinc‐ion capacitors (ZICs) to achieve excellent electrochemical performance, but the corresponding porous structure‐electrochemical performance relationship is yet to be fully understand. Herein, three types of N‐doped carbons with different porous structures are developed to investigate the relationship between the pore size distribution and the electrochemical performance of the devices. The optimized porous carbon (LVCR) exhibits large electrochemical surface area, plentiful oxygen functional groups, and hierarchical porous structure that facilitates electron transfer and ion diffusion. Consequently, the LVCR‐based ZIC exhibits a remarkable peak power density of 31.4 kW kg −1 and an impressive specific energy density of 126.6 Wh kg −1 . Moreover, it demonstrates exceptional longevity, retaining the capacitance of 97.7% even after undergoing 50 000 cycles. Systematic characterization demonstrates that the macroporous and mesoporous structures determine the different stages of Zn 2+ storage kinetics. The excellent Zn 2+ storage and electrochemical performance of LVCR are attributed to the fast ion transport channels provided by the hierarchical porous structure and facilitated reversible chemisorption and desorption. This work not only deepens the understanding of charge storage mechanism, but also provides guidelines for rationally designing carbonaceous materials toward high‐performance ZICs in the view of porous structure‐electrochemical performance relationship.
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