锌离子混合电容器（ZIHC）具有成本低、内在安全性高和环保等优点，有望用于大规模能源存储。然而，由于缺乏先进的阴极，其能量密度一直受到限制。
本文，新疆大学刘岸杰 副研究员、王省超 教授、Dianzeng Jia等研究人员在《Adv Sci》期刊
发表名为“
N-Doped Porous Carbon Based on Anion and Cation Storage Chemistry for High-Energy and Power-Density Zinc Ion Capacitor”的论文，
研究
介绍了一种用于ZIHC的高容量阴极材料，名为掺杂N的多孔碳（CFeN-2）。
CFeN-2
是以
FeCl3-6H2O
为催化活性剂，三聚氰胺为氮源，通过煤沥青退火工艺合
成的，具有显著的氮含
量（10.95 wt%）、较大
的比表面积（1037.66 m2 g-1）、丰富的晶格缺陷和超高的微孔率。
这些特性通过理论模拟和实验测试得到了验证，从而使 CFeN-2 实现了涉及 Zn2+ 离子和 CF3SO3- 阴离子的双离子储能机制。在用作 ZIHC 的阴极时，CFeN-2 可实现 142.5 W h kg-1 的高能量密度和 9500.1 W kg-1 的高功率密度。此外，使用 CFeN-2 的 ZIHC 性能出众，在 10 A g-1 条件下循环 10 000 次后，容量保持率达到 77%，库仑效率接近 100%，大大优于当前的 ZIHC。这项研究为开发用于 ZIHC 应用的煤沥青碳衍生高能量和高功率阴极提供了一条途径。
方案一、CFeN合成过程示意图。
图1、结构表征
图2、
电化学性能。
图3、CFeN-2 阴极的动力学分析。
图4、CFeN-2在100次循环后的高分辨率 XPS 光谱
图5、CF3SO3-、CH3COO-、SO42-、ClO4-、Zn2+ 离子分别在掺杂吡啶 N 的多孔碳和 Fe3C 上的吸附情况。
图6、a) CFeN-2 阴极与 ZIHC 中其他阴极的能量密度比较。b) 基于 CFeN-2 的准固态 ZIHC。c) 准固态 ZIHC 中 CFeN-2 阴极在不同放电时间点亮小灯泡并为计时器供电的照片。
总之，我们利用煤炭资源为 ZIHC 演示了一种高性能的新型碳阴极。通过利用三氯化铁催化孔隙形成和三聚氰胺氮掺杂的协同效应，先进的 CFeN-2 阴极展示了高比表面积、分级多孔结构和丰富的氮掺杂。这些独特的特性增强了足够的离子/电荷存储容量，并促进了快速的离子/电子传输速率。理论和实验结果表明，通过涉及 Zn2+ 离子和 CF3SO3- 阴离子的双离子储能机制，CFeN-2 在 Zn(CF3SO3)2 水溶液和 PVA//Zn(CF3SO3)2 凝胶电解质中均表现出优异的电化学性能，使其成为 ZIHCs 应用的理想候选材料。Zn//CFeN-2 ZIHCs 器件的能量密度高达 142.5 Wh kg-1，输出功率高达 9500.1 W kg-1，循环寿命长达 10000 次。这项研究为构建高性能、安全和环保的 ZIHC 提出了一种新颖的设计方法。
文献：
https://doi.org/10.1002/advs.202407635
