Synergistic effects of B/S co-doped spongy-like hierarchically porous carbon for a high performance zinc-ion hybrid capacitor

材料科学 阴极 电解质 化学工程 润湿 碳纤维 兴奋剂 吸附 功率密度 储能 电容器 多孔性 纳米技术 电极 光电子学 复合材料 化学 电压 有机化学 功率(物理) 物理化学 电气工程 复合数 工程类 物理 量子力学
作者
Xiaopeng Zhang,Yingge Zhang,Jialong Qian,Yihe Zhang,Li Sun,Qi Wang
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (5): 2004-2012 被引量:30
标识
DOI:10.1039/d1nr07818f
摘要

Zinc-ion hybrid capacitors (ZIHCs) are regarded as a potential candidate for large-scale energy storage devices. However, the inadequate cathode and the inferior wettability between the electrode and electrolyte hinder the construction of high-performance ZIHCs. Herein, boron (B) and sulfur (S) co-doped spongy-like hierarchically porous carbon (B2S3C) is first proposed as a cathode material for ZIHCs. Here, B doping is favorable for improving the wettability, while S doping contributes to enhancing the electrical properties. In addition, the density functional theory (DFT) results uncover that B and S atoms contribute to reducing the energy barrier between Zn2+ and the cathode, leading to boosted chemical adsorption ability of Zn2+ on the cathode. As a result, the assembled ZIHC based on B2S3C exhibits a high specific capacity of 182.6 mA h g-1 at 0.1 A g-1, an excellent capacity retention of 96.2% after 10 000 cycles and a remarkable energy density of 292.2 W h kg-1 at a power density of 62.2 W kg-1, superior to the previously reported ZIHCs. Due to the flexibility of the assembled electrodes, the solid-state ZIHC can sustain various deformations. This work paves a feasible path for the development of cost-effective and high-performance porous carbon materials.

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