Multi-channel cellular carbon fiber as electrode for Zn-ion hybrid capacitor with enhanced capacity and energy density

电极 阴极 材料科学 电解质 功率密度 碳纤维 化学工程 纳米技术 复合材料 化学 复合数 工程类 物理 功率(物理) 物理化学 量子力学
作者
Chuanyong Liu,Liang Wang,Zhaopeng Xia,Wan Shou,Yong Liu
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:566: 232935-232935 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2023.232935
摘要

Zn-ion hybrid capacitors (ZICs) recently receive an extensive attention owning to their theoretical energy density as well as high safety. Hollow porous carbon fibers (HPCF) are used as a promising cathode for ZICs due to abundant active sites. However, it is hard to deal with the “trade-off” between defect design and graphitic degree in HPCF electrode. In this work, hollow porous carbon fiber (HPCF) cathodes are prepared via a spinning-co-foaming technique, followed by zinc oxide nanoparticles as template and activation process. The aligned channels and hierarchical cavities in HPCF wall provide a high-speed diffusion path for electrolyte penetration via capillary force. Meanwhile, due to higher exposed surface area and metal-catalytic effect of reduce zinc during pyrolysis, self-standing ZHPCF-5 exhibits a good graphitic degree (ID/IG = 0.84). Its high electrical conductivity (158.3 S m−1) provides fast electron transport. The optimized ZHPCF-5 cathode displays a capacity of 220 mAh g−1 at 0.2 A g−1 and an energy density of 224 Wh kg−1 at a 14400 W kg−1 of power density. The assembled quasi-solid-state self-standing ZIC exhibits a high capacity (153.5 mAh g−1 at 0.5 A g−1). This work finds a way to simultaneously maintain abundant defects and high electric conductivity in self-standing carbon electrode for boosting Zn2+ storage.
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