Integrated N-doped carbon electrodes with regional synergistic energy storage mechanisms for zinc-ion hybrid supercapacitors

超级电容器 储能 电极 材料科学 微型多孔材料 化学工程 纳米技术 化学 电化学 物理 复合材料 功率(物理) 量子力学 工程类 物理化学
作者
Ning An,Maoqing Wei,Chao Guo,Xin Jiao,Congcong Meng,Daming Sun,Lei Yang,Zhongai Hu,Xiu‐Yan Dong,Zhao Li
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:599: 234212-234212 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.234212
摘要

Zinc ion hybrid supercapacitors (ZIHCs) are attracting more attention, but there are still few studies on their energy storage mechanism and integrated cathode materials to build hierarchically ordered nanoporous structures. In this work, to construct an integrated binderless electrode, terminal amine conjugated microporous polymer airgels (CMPAs) with different shapes (columnar, rod, and linear shapes) are effectively synthesised by Sonogashira-Hagihara coupling reaction. Subsequently, we use them as precursors to prepare N-doped carbon microporous aerogel materials (NC-CMPAs) composed of interconnected nanotube structures through pyrolysis and alkali activation steps. Density functional theory (DFT) calculations show that N-doped can provide active sites in NC-CMPAs, enhance electronic conduction and reduce the binding energy of Zn2+ and NC-CMPAs. By convenient one-step slicing, we respectively assembled supercapacitor and Zn-ion hybrid capacitor using sheeting NC-CMPAs as integrated electrode. The assembled zinc-ion hybrid supercapacitor (Zn//NC-CMPAs ZIHCs) exhibits a high energy density (157.47 Wh kg−1), supercapacitor-like power behavior (8020.90 W kg−1) and long-term lifespan (over 15,000 cycles). Through the analysis of electrochemical behavior, the regional synergistic storage mechanism belonging to Zn2+ and H+ in the range of 0.2–1.2 V and 1.2–1.8 V respectively was discovered for the first time.
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