High-density three-dimensional graphene cathode with a tailored pore structure for high volumetric capacity zinc-ion storage

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作者
Xiangcheng Xu,Xijian Zhao,Zihong Yang,Qiaowei Lin,Bangquan Jian,Na Li,Cheng Zheng,Wei Lv
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:186: 624-631 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2021.10.060
摘要

Abstract Zinc-ion hybrid supercapacitors (ZHCs), based on the multivalent ion storage principle, are considered to be a promising candidate for large-scale energy storage devices. However, with the increasing demands for portable and miniaturized energy storage devices, how to obtain sufficient energy output in a limited volume is particularly critical, so that requires high volumetric energy density with no sacrifice of power density. Herein, we designed a compact three-dimensional porous graphene (3D-PG-1) cathode for ZHCs to balance the porous structure and high density by drying the graphene hydrogel with a short period of capillary evaporation. As for 3D-PG-1, the pore size range is 0.6–10 nm, where the micropore is for high capacity and the mesopore helps Zn2+ rapid transport, and the high density of 1.38 g cm−3 guaranteed its high volumetric capacitance. Therefore, the ZHC based on this 3D-PG-1 cathode delivered an excellent volumetric performance of 299 F cm−3 at 0.1 A g−1, excellent long cycle stability (225 F cm−3 at 5 A g−1, 85% retention after 30000 cycles) and extremely high volumetric energy density up to 118 Wh L−1 at 116 W L−1, which retained 61 Wh L−1 at the power density as high as 23.2 kW L−1.
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