Flexible and anti-freezing quasi-solid-state zinc ion hybrid supercapacitors based on pencil shavings derived porous carbon

材料科学 超级电容器 电解质 储能 化学工程 碳纤维 电极 电化学 准固态 功率密度 复合材料 冶金 复合数 化学 热力学 功率(物理) 物理 物理化学 工程类 色素敏化染料
作者
Zhiwei Li,Dong‐Hui Chen,Yufeng An,Chenglong Chen,Langyuan Wu,Zhijie Chen,Yao Sun,Xiaogang Zhang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:28: 307-314 被引量:357
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2020.01.028
摘要

Aqueous zinc-ion batteries have been widely reported as promising candidates for energy storage, but the research on zinc-ion based supercapacitors or hybrid supercapacitors has received little attention and the energy storage mechanism is still controversial. Here, a high-performance zinc-ion hybrid supercapacitor is successfully demonstrated with biowaste-derived porous carbon and cheap zinc foil. Thanks to the bivalent characteristic of zinc and electric double layer capacitive nature of porous carbon, as-assembed hybrid supercapacitors can achieve high energy density of 147.0 ​Wh kg−1 at 136.1 ​W ​kg−1 and a maximum power density of 15.7 ​kW ​kg−1 at 65.4 ​Wh kg−1 together with outstanding cycling stability (92.2% capacity retention after 10000 cycles at a high current density of 10 ​A ​g−1). Most importantly, 61.6% of the initial capacity at 1 ​A ​g−1 can be remained even under a mass loading as high as 17 ​mg ​cm−2. Significantly, the phase composition of byproducts formed in Zn(CF3SO3)2 electrolyte have been confirmed by ex-situ experimental results and theoretical calculations. Besides, when appling optimized carbon cathode into quasi-solid-state hybrid supercapacitors with a unique anti-freezing hydrogel electrolyte, this device can well service at various bending states and relatively low temperature of −15 ​°C.
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