Solvent-guided nanoarchitecturing of heterodiatomic carbon superstructures for high-performance zinc-ion hybrid capacitors

溶剂 电化学 动力学 化学工程 材料科学 碳纤维 离子 溶解度 分子动力学 扩散 化学 纳米技术 有机化学 物理化学 电极 计算化学 复合数 热力学 量子力学 复合材料 工程类 物理
作者
Qi Huang,Lu Huang,Yaowei Jin,Yaojie Sun,Ziyang Song,Fengxian Xie
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:482: 148912-148912 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.148912
摘要

Designing well-structured carbon nanomaterials is crucial for promoting zinc-ion hybrid capacitors with high-kinetics and large-current Zn2+-storage viability. Herein we report the solvent-guided nanoarchitecturing of polyimide precursor to customize versatile heterodiatomic carbon superstructures (CS). Modulating the solvent-precursor interaction through a solubility parameter model and molecular dynamic simulation optimizes the thermodynamic solubilization (–2.14 eV) and growth kinetics (–9.22 eV) of polymeric intermediates with a minimum energy obstruction. The solvent-optimized CS exhibit well-defined spherical topology, ion-compatible pore channels and favorable dual-function motifs, affording more ample-exposed zincophilic platforms and high-speed ion transport routes. As a consequence, the assembled Zn||CS hybrid capacitor activates superior electrochemical activity and durability, including superior rate capacities (240 mAh g−1 at 0.5 A g−1, 108 mAh g−1 at 100 A g−1), high energy density (145 Wh kg−1) and ultralong lifespan (300,000 cycles at 50 A g−1). Marriage of experimental studies and theoretical calculations unravel the alternate storage of opposite charges in CS cathode, which involves high-kinetics physical Zn2+/CF3SO3− uptake at zincophilic sites and chemical redox of Zn2+ ions with carbonyl/pyridine motifs to initiate O−Zn−N bonds. Molecular dynamics simulations demonstrate that diffusion kinetics of Zn2+ ions is greatly facilitated by > 10 Å micropores with low energy barriers, but is blocked by < 7 Å micropores. This work provides new insights into the structural engineering of carbon superstructures for advanced energy storage.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
dadazhou完成签到,获得积分10
刚刚
852应助即墨玄冥采纳,获得10
1秒前
凡子鸣完成签到,获得积分10
1秒前
自信的汉堡完成签到,获得积分10
1秒前
TianYee发布了新的文献求助30
2秒前
不许不行完成签到,获得积分10
2秒前
Tin完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
章1完成签到,获得积分10
7秒前
Zivyy完成签到,获得积分10
8秒前
杰克开膛手完成签到,获得积分10
9秒前
科研通AI2S应助TianYee采纳,获得30
9秒前
酷炫的大碗完成签到,获得积分10
9秒前
nulixuexi完成签到,获得积分10
9秒前
Julia发布了新的文献求助10
11秒前
itexll完成签到 ,获得积分10
12秒前
qinxiang完成签到,获得积分10
12秒前
铁锤牛马版应助Zivyy采纳,获得10
13秒前
14秒前
14秒前
墨绾菩提完成签到,获得积分10
15秒前
坚强的活着完成签到,获得积分10
15秒前
落叶捎来讯息完成签到 ,获得积分10
16秒前
大仙完成签到,获得积分10
17秒前
陈诚完成签到,获得积分10
18秒前
hyjcnhyj发布了新的文献求助10
18秒前
火星上诗蕾完成签到,获得积分10
18秒前
sa0022完成签到,获得积分10
19秒前
19秒前
yizhu完成签到 ,获得积分10
20秒前
墨白白完成签到,获得积分10
20秒前
科研搬运工完成签到,获得积分10
22秒前
loren313完成签到,获得积分0
23秒前
卜乌完成签到,获得积分10
23秒前
墨绾菩提给墨绾菩提的求助进行了留言
23秒前
song完成签到 ,获得积分10
23秒前
花花完成签到,获得积分10
23秒前
俞孤风完成签到,获得积分10
24秒前
yemu3zhi完成签到,获得积分0
24秒前
123发布了新的文献求助10
25秒前
高分求助中
Markov Chain Monte Carlo 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Common Foundations of American and East Asian Modernisation: From Alexander Hamilton to Junichero Koizumi 2000
Advanced Weaponeering Fourth Edition, Volume 2 1000
Weaponeering: An Introduction Fourth Edition, Volume 1 1000
悉尼大学博士学位论文,题目:Modelling and testing of one-sided stitched laminated composites. 作者:Kristopher P. Plain 700
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7550383
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9133170
关于积分的说明 19513944
捐赠科研通 7142487
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3260061
关于科研通互助平台的介绍 2426762
邀请新用户注册赠送积分活动 2249010