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N‐Doped Porous Carbon Based on Anion and Cation Storage Chemistry for High‐Energy and Power‐Density Zinc Ion Capacitor

阴极 功率密度 储能 材料科学 离子 化学工程 碳纤维 法拉第效率 兴奋剂 化学 电化学 光电子学 电极 物理化学 复合材料 有机化学 热力学 功率(物理) 工程类 物理 复合数
作者
Yuanyuan Liang,Miaomiao Wu,Anjie Liu,Qihua Chen,Yan Wu,Qian Xiang,Zhibo Liu,Jixi Guo,Xingchao Wang,Dianzeng Jia
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (44): e2407635-e2407635 被引量:14
标识
DOI:10.1002/advs.202407635
摘要

Abstract Zinc ion hybrid capacitors (ZIHCs) show promise for large‐scale energy storage because of their low cost, highly intrinsic safety, and eco‐friendliness. However, their energy density has been limited by the lack of advanced cathodes. Herein, a high‐capacity cathode material named N‐doped porous carbon (CFeN‐2) is introduced for ZIHCs. CFeN‐2, synthesized through the annealing of coal pitch with FeCl 3 ·6H 2 O as a catalytic activator and melamine as a nitrogen source, exhibits significant N content (10.95 wt%), a large surface area (1037.66 m 2 g −1 ), abundant lattice defects and ultrahigh microporosity. These characteristics, validated through theoretical simulations and experimental tests, enable a dual‐ion energy storage mechanism involving Zn 2+ ions and CF 3 SO 3 − anions for CFeN‐2. When used as a cathode in ZIHCs, CFeN‐2 achieves a high‐energy density of 142.5 W h kg −1 and a high‐power density of 9500.1 W kg −1 . Furthermore, using CFeN‐2 ZIHCs demonstrate exceptional performance with 77% capacity retention and nearly 100% coulombic efficiency after 10 000 cycles at 10 A g −1 , showcasing substantially superior performance to current ZIHCs. This study offers a pathway for developing high‐energy and high‐power cathodes derived from coal pitch carbon for ZIHC applications.
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