Gradient Pores Enhance Charge Storage Density of Carbonaceous Cathodes for Zn‐Ion Capacitor

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作者
Xinyuan Li,Congcong Cai,Ping Hu,Bao Zhang,Peijie Wu,Hao Fan,Zhuo Chen,Liang Zhou,Liqiang Mai,Hong Jin Fan,Hong Jin Fan,Hong Jin Fan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (23): e2400184-e2400184 被引量:117
标识
DOI:10.1002/adma.202400184
摘要

Engineering carbonaceous cathode materials with adequately accessible active sites is crucial for unleashing their charge storage potential. Herein, activated meso-microporous shell carbon (MMSC-A) nanofibers are constructed to enhance the zinc ion storage density by forming a gradient-pore structure. A dominating pore size of 0.86 nm is tailored to cater for the solvated [Zn(H2O)6]2+. Moreover, these gradient porous nanofibers feature rapid ion/electron dual conduction pathways and offer abundant active surfaces with high affinity to electrolyte. When employed in Zn-ion capacitors (ZICs), the electrode delivers significantly enhanced capacity (257 mAh g-1), energy density (200 Wh kg-1 at 78 W kg-1), and cyclic stability (95% retention after 10 000 cycles) compared to nonactivated carbon nanofibers electrode. A series of in situ characterization techniques unveil that the improved Zn2+ storage capability stems from size compatibility between the pores and [Zn(H2O)6]2+, the co-adsorption of Zn2+, H+, and SO4 2-, as well as reversible surface chemical interaction. This work presents an effective method to engineering meso-microporous carbon materials toward high energy-density storage, and also offers insights into the Zn2+ storage mechanism in such gradient-pore structures.
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