南昌大学研究生，南昌大学研究生院
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开发具有快速动力学和高质量负载下高容量的电极材料仍然是锌离子电容器(ZICs)面临的巨大挑战。本文开发了氮掺杂碳纳米棒(SSNCR-x)的球形上层结构，以显著提高ZICs的动力学和Zn2+存储能力。优化后的SSNCR-800具有梯度碳纳米棒框架和分层多孔结构，有利于离子扩散和电子转移，具有令人印象深刻的Zn2+存储性能。因此，作为zic的阴极，SSNCR-800在电容和循环稳定性方面表现出非常迷人的性能，具有明显的能量密度(181.2 Whkg-1)和功率密度(31.1 kW kg-1)，以及50,000次循环后的长寿命，容量保持率为93.5%。此外，所构建的zic在50 mg cm-2的质量载荷下具有215 fg-1的高比电容和91.7%的电容保留率。系统表征表明，SSNCR-800具有高速传质通道和丰富的可达电化学活性位点的独特结构特性，使得zic具有快速的动力学和优异的Zn2+存储能力。这项工作为克服ZICs的快速动力学和高质量负载之间的权衡提供了一个机会。
图文简介
(a) SSNCR-x合成示意图。(b) SSNCR-800的SEM和TEM图像，(d) HAADF-STEM图像，以及相应的SSNCR-800的EDS图谱。
(a) SSCR和SSNCR-x的XRD谱图，(b)拉曼光谱，(c) N2吸附-解吸等温线，(d) PSD曲线。SSNCR-800的高分辨率(e) O 1s和(f) N 1s XPS光谱。
(a) SSNCR-800阴极和Zn阳极在10mv s-1下的CV曲线。(b) SSCR和ssncr -x基ZICs的CV和GCD曲线。(d)在不同电流密度下的倍率性能。(e) ssncr -800基ZIC在10 A g-1条件下50000次循环后的循环稳定性。(f)基于SSNCR-800的ZIC与文献报道值的Ragone图。(g) SSNCR-800阴极在8 mV s-1时的电容贡献，(h)不同扫描速率下的电容和扩散控制的贡献比。
(a) 0.2 Ag-1时的GCD曲线和(b) ssncr -800基ZICs在1 ~ 50 mg cm-2不同质量负荷下的倍率性能。(c)与文献结果比较，ssncr -800基ZICs在高质量负载下的电化学性能。(d)基于ssncr -800的zic在不同质量载荷下的Ragone图。(e)质量负载为10 mg cm-2时，ssncr -800基ZIC在5 A g-1下的循环稳定性。(f) SSNCR-800的优点示意图。
(a) GCD curves of SSNCR-800 at 1 A g–1with selected points assign to different charge/discharge states. 2D contour images of (b) Zn 2p and (c) F 1s, and (d) high-resolution C 1s XPS spectra of selected points. (e)In situRaman spectra of the SSNCR-800 cathode during charge/discharge processes. (f) CV profile and corresponding mass change response at 5 mV s–1. The electrode mass change vs charge during (g) discharge and (h) charge. (i) Schematic diagram of ion adsorption/desorption in 1 mol L–1Zn(CF3SO3)2electrolyte at the SSNCR-800 electrode (OCV is the open circuit voltage).
(a)基于ssncr-800的准固态ZIC的自放电曲线和(b)倍率性能。(c)准固态ZIC在不同时间为电子钟供电的摄影图像。(d)串联和并联基于ssncr-800的准固态zic的CV曲线。(e)基于SSNCR-800的准固态zic在不同弯曲角度下的CV曲线。(f)基于ssncr-800的准固态器件的Ragone图与以往报道的比较。(g)基于ssncr-800的准固态ZIC在5 A g-1下的循环性能。
论文信息
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.3c00563
通讯作者：南昌大学陈义旺教授、南昌大学袁凯
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