Tuning electrochemical properties of carbon nanofiber electrodes with selenium heteroatoms for flexible zinc ion capacitors

杂原子 电化学 电容器 碳纳米纤维 电极 材料科学 离子 碳纤维 纳米技术 无机化学 化学 碳纳米管 复合材料 冶金 电气工程 电压 有机化学 复合数 工程类 物理化学 戒指(化学)
作者
Wenjie Liu,Fen Qiao,Jikang Zhao
标识
DOI:10.26599/nre.2024.9120131
摘要

The N-doping strategy is considered an effective method to regulate the electronic structure of carbon materials and improve their electrochemical performance. However, how to reasonably regulate the types of N-doping species remains a major challenge. Herein, we reported a self-supporting carbon nanofiber electrode codoped with N and Se (N/Se-CNF) for flexible zinc ion capacitor (ZIC). It was found that Se atoms can induce the reduction of Pyrrole-N, which is favorable for Zn ions transfer. Furthermore, ex-situ characterizations and theoretical density functional theory (DFT) calculations have shown that additional Se atoms can provide abundant reaction sites and reduce the adsorption energy of Zn ions. Accordingly, the N/Se-CNF electrode demonstrates impressive rate performance. The N/Se-CNF electrode shows impressive rate performance, retaining 60% capacitance at 20 A·g–1, with an energy density of 95.3 Wh·kg–1 and power density of 160.1 W·kg–1, and a commendable stability cycle, the capacitance retention is 88.1% after 18,000 cycles at a discharge rate of 5 A·g–1. Moreover, a flexible ZIC with N/Se-CNF electrode exhibits a high energy density of 68.8 Wh·kg–1 at 160 W·kg–1. This strategy innovatively regulates N-doping species and offers potential flexible electrodes for advanced energy storage devices.
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