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Kinetics Enhanced Nitrogen‐Doped Hierarchical Porous Hollow Carbon Spheres Boosting Advanced Potassium‐Ion Hybrid Capacitors

材料科学 阳极 阴极 功率密度 化学工程 超级电容器 电容器 碳纤维 纳米技术 电化学 电极 复合材料 复合数 物理化学 化学 热力学 功率(物理) 电压 物理 工程类 量子力学
作者
Daping Qiu,Jingyu Guan,Min Li,Cuihua Kang,Jinying Wei,Yan Li,Zhenyu Xie,Feng Wang,Ru Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (32) 被引量:305
标识
DOI:10.1002/adfm.201903496
摘要

Abstract Potassium‐ion hybrid capacitors (PIHCs) shrewdly combine a battery‐type anode and a capacitor‐type cathode, exhibiting an energy density close to that of potassium ion batteries and a comparable power density of supercapacitors. However, the rosy scenario is compromised by the sluggish kinetics in the PIHCs device. Herein, the kinetics enhanced nitrogen‐doped hierarchical porous hollow carbon spheres (NHCS) are synthesized and successfully applied to PIHCs. As for the K half‐cell, NHCS anchored with sodium alginate delivers excellent electrochemical performance. Further evaluation shows that the binder can significantly affect the potassium storage performance of NHCS by adjusting the coatability and ionic conductivity of the NHCS anode. Moreover, kinetic analysis and density functional theory calculations reveal the origin of the superior electrochemical properties of NHCS. As expected, an advanced PIHC device is assembled with a NHCS anode and an activated NHCS cathode, demonstrating an exceptionally high energy/power density (114.2 Wh kg −1 and 8203 W kg −1 ), along with a long‐life capability. The successful construction of high‐performance PIHCs in this work opens a new avenue for the development and application of PIHCs in the future.
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