Bionic Hollow Porous Carbon Nanofibers for Energy‐Dense and Rapid Zinc Ion Storage

材料科学 碳纳米纤维 储能 碳纤维 电解质 化学工程 多孔性 纳米技术 阴极 纳米纤维 纳米材料 电极 复合数 化学 碳纳米管 复合材料 功率(物理) 物理化学 工程类 物理 量子力学
作者
Guangjie Yang,Qian Zhang,Chenweijia He,Zhe Gong,Zhenlu Liu,Jian Song,Shaohua Jiang,Jingquan Han,Haoqi Yang,Xue Li,Zengxia Pei,Shuijian He
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:2
标识
DOI:10.1002/ange.202421230
摘要

Suboptimal spatial utilization and inefficient access to internal porosity preclude porous carbon cathodes from delivering high energy density in zinc‐ion hybrid capacitors (ZIHCs). Inspired by the function of capillaries in biological systems, this study proposes a facile coordination‐pyrolysis method to fabricate thin‐walled hollow carbon nanofibers (CNFs) with optimized pore structure and surface functional groups for ZHICs. The capillary‐like CNFs maximize the electrode/electrolyte interface area, facilitating the optimal utilization of energy storage sites. The precision‐engineered pore sizes in the fiber walls are specifically tailored to accommodate solvated [Zn(H2O)6]2+, thus enhancing ion storage capacity and supporting accelerated transport kinetics. The resultant ZIHCs achieve a battery‐grade energy density of 132.8 Wh kg‐1 (based on active material), remarkable stability (98.7% retention after 80,000 cycles at 10 A g‐1), along with practically high areal capacities. Combined in situ/ex situ spectroscopic characterizations, kinetic analyses, and theoretical calculations revealed that the superior energy storage performance arises from the advantageous microstructure of the biomimetic CNFs and the reversible physical/chemical adsorption process. This investigation offers a novel strategy for designing high‐efficiency zinc ion storage carbon nanomaterials and provides insights into the cathodic storage mechanisms essential for advancing ZIHCs.
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