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
1秒前
1秒前
NERV完成签到,获得积分10
2秒前
大西瓜发布了新的文献求助20
3秒前
3秒前
3秒前
4秒前
hhhhh完成签到 ,获得积分10
4秒前
5秒前
5秒前
wangtp完成签到,获得积分20
6秒前
无花果应助梦自然采纳,获得10
6秒前
bulesky发布了新的文献求助10
6秒前
小巧尔芙发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
7秒前
8秒前
8秒前
dddddd发布了新的文献求助10
9秒前
小松奈奈发布了新的文献求助10
10秒前
跃迁发布了新的文献求助10
10秒前
gjww发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
XN发布了新的文献求助10
12秒前
情怀应助沐倾城采纳,获得10
13秒前
羊羊耶发布了新的文献求助10
14秒前
Treasure发布了新的文献求助10
14秒前
搜集达人应助dddddd采纳,获得10
14秒前
传奇3应助小巧尔芙采纳,获得10
14秒前
共享精神应助彩色的紫南采纳,获得10
14秒前
ayla完成签到 ,获得积分10
14秒前
15秒前
谢东轩发布了新的文献求助10
16秒前
阿是完成签到,获得积分10
16秒前
16秒前
123发布了新的文献求助10
17秒前
甜甜老虎给甜甜老虎的求助进行了留言
18秒前
bulesky完成签到,获得积分10
18秒前
干净的琦发布了新的文献求助10
18秒前
19秒前
高分求助中
Cronologia da história de Macau 5000
Erwählung und Berufung bei Paulus: Bedeutung, Entwicklung und Funktion einer Vorstellung in ihrem frühjüdischen und griechisch-römischen Kontext 850
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
Interactions of Vowel Quality and Prosody in East Slavic 500
用于植入式医疗器械的馈通设计与实现 400
Animalia: Animal and Human Interaction in the Early Medieval English World (Exeter Studies in Medieval Europe) 400
Synfacts Issue 07 · Volume 22 400
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 7138329
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8786826
关于积分的说明 18575391
捐赠科研通 6725808
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3154714
关于科研通互助平台的介绍 2281538
邀请新用户注册赠送积分活动 2129178