【文章概述】

     随着可持续和可再生能源的快速发展，超级电容器以其大功率、充放电快、寿命长、安全可靠等特点被认为是未来电力系统不可或缺的组成部分。作为电双层电容(EDLC)电极的优秀候选材料，已被广泛研究。目前，活性炭、多孔碳、碳化物衍生碳、碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯等材料具有良好的结构特征，如高化学稳定性、高孔隙率、大比表面积和高导电性。在碳纳米材料中，活性炭仍然占据着商业市场的主导地位。然而，目前流行的基于活性炭的超级电容器的能量密度(10wh·kg 1)和稳定性仍然不理想。在实际应用中，探索在不牺牲功率性能和循环稳定性的前提下提高比电容的碳材料是人们迫切需要的。

【成果简介】

     湖南大学陈鼎教授、宁波工程学院杨为佑院士、Qiao Liu等人开发了一种用于制备分层多孔碳气凝胶的简便且可持续的方法，该方法是以细菌纤维素(BC)的碳化为主，Zn-1,3,5-苯三甲酸(Zn-BTC)为辅的软模板。在宽电压范围（1.2V，6M KOH）内，无粘结剂电极实现在1Ag-1的电流下的352 F.g-1的电容，远高于细菌纤维素衍生碳(178F.g-1)和大多数活性炭(小于250 F.g-1)。所组装的超级电容器在1A.g-1电流下实现了电容297 F.g-1，在0.6 kW kg-1下能量密度为14.83 Wh kg-1，在6A.g-1下循环，65000次循环之后，电容仍能保持100%。这种材料展现出优越储能性能。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待!

【图文导图】

图（a）三维互联网络和分层多孔结构的碳气凝胶制备示意图。

（b）显示产品可伸缩制造的已记录的数码照片。

(c-d) ZBTC0.8-900样品在不同倍率下的典型SEM图像。

d中的白色圆圈表示碳气凝胶内部的三维互联网络。

图2 (a) TC-900、ZBC-900和ZBTC0.8-900样品的代表性拉曼光谱。

(b) XPS测量光谱，(c) N2吸附解吸等温线，(d)孔径分布。

图3样品在三电极体系中的电化学性能。

(A)在100 mV·s时的CV曲线。

(B) 1 A·g下的GCD曲线。

(C)不同电流密度下的比电容。

(D) TC-900、ZBC-900和ZBTC0.8-900样品的奈奎斯特图。

(E) ZBTC0.8-900样品在不同扫描速率下的CV图。

(F) 0.5 V时电流密度与扫描速率的关系。

图4 ZBTC0.8-900电极在对称双电极体系中的电化学性能

(A)不同扫描速率下的CV图。

(B)不同电流密度下的GCD曲线。

(C)基于商用YEC-8活性炭和样品ZBTC0.8-900的电极在不同电流密度下的比电容。

(D)在密度为6a·g 1下进行65000次循环的循环稳定性。

左右插图分别显示了前五个周期和后五个周期的GCD曲线。

(E) 65000个循环前后的奈奎斯特图。

(F)基于YEC-8和样品ZBTC0.8-900电极的电极阻抗相角与频率的关系。

(G)基于样品ZBTC0.8-900和典型碳材料的SCs Ragone图。

【奇材馆点评】

       本研究报道了如何利用Zn-BTC软模板辅助TOCN碳化的可扩展制备碳气凝胶，这是一种简单和可持续的策略。该材料具有优异的机械强度、显著增加的微孔、较大的SSA和适当的缺陷，不含任何金属和非金属杂原子。在6 M KOH中，所构建的电极具有352 F·g-1的高比电容，并且在0.60 kW·kg 1的功率密度下，所组装的对称超级电容器提供了14.83 Wh·kg 1的出色能量密度。此外，它们具有极高的循环稳定性，在6Ag-1的大充放电电流下，可进行多达65000次循环，电容保持率为100%。本研究为探索具有高能量/功率特性和长期稳定性的先进储能碳材料提供了一些实际应用的思路。

【论文信息】