Spatial Confinement Effect and Defect‐Dominated Redox Reactions Enhance Energy and Power in Zn‐Ion Capacitors With 150 000 Cycles

材料科学 阴极 氧化还原 电容器 离子 碳纤维 化学工程 储能 多孔性 化学物理 降水 电化学 纳米技术 电极 热液循环 光电子学 氧气 工作(物理) 联轴节(管道) 能量转换 电子
作者
Hengyuan Hu,Yongbiao Mu,Zhiyu Zou,Meisheng Han,Yang Zhao,Kunxiong Zheng,Xiyan Wei,Jinpeng Guan,Wenjia Li,Lei Wei,Lin Zeng,Tianshou Zhao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (44) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/aenm.202504176
摘要

Abstract Zinc‐ion capacitors (ZICs) with porous carbon cathodes face low space utilization and restricted ion conduction. A facile hydrothermal coupling dual‐salt activation strategy is innovatively introduced to create oxygen‐doped carbon cathode with abundant 1 nm confined pores. DFT simulations and experimental results for the first time confirm 1 nm pores best match [Zn(H 2 O) 6 ] 2+ , maximizing the spatial confinement effect of restricted pores (0.86–1.72 nm) to enable ordered, efficient ion transport and storage. Beyond this range, pores larger than1.72 nm hinder ion storage via adverse overscreening, and pores smaller than 0.86 nm impede ion desolvation by requiring extra energy. Furthermore, abundant oxygen functional groups and structural defects promote reversible Zn 2+ redox reactions during charge/discharge cycles. The synergistic effect of spatial pore confinement and defect‐dominated redox reactions endows ZICs with 135.5 Wh kg −1 energy density, 24.00 kW kg −1 power density, and unprecedented 108.2% capacity retention over 150 000 cycles. In situ characterizations clarify ion adsorption/desorption and precipitation mechanisms. This work provides a simple, easy‐to‐operate reference for designing high‐performance carbon cathode materials for ZICs.
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