Electrochemical Zinc Ion Capacitors Enhanced by Redox Reactions of Porous Carbon Cathodes

材料科学 氧化还原 电化学 阴极 电容器 电容 水溶液 化学工程 电极 析氧 充电周期 功率密度 超级电容器 储能 碳纤维 电池(电) 复合材料 电压 冶金 化学 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 复合数 量子力学 涓流充电
作者
Jian Yin,Wenli Zhang,Wenxi Wang,Nuha A. Alhebshi,Numan Salah,Husam N. Alshareef
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (37) 被引量:310
标识
DOI:10.1002/aenm.202001705
摘要

Abstract Aqueous electrochemical zinc ion capacitors (ZICs) are promising next‐generation energy storage devices because of their high safety, inexpensive raw materials, and long cycle life. Herein, an aqueous ZIC with superior performance is fabricated by employing an oxygen‐rich porous carbon cathode. Excellent capacitance and energy density are obtained thanks to the electric double‐layer capacitance of porous carbon, and additional pseudocapacitances originating from the variation in oxidation states of oxygen functional groups and the reversible electrochemical hydrogen adsorption and desorption during each round‐trip charge–discharge cycle. Moreover, the cycling stability of ZIC is effectively prolonged by suppressing zinc dendrite growth with a simple surface carbon coating strategy. The assembled ZIC delivers a high capacitance of 340.7 F g −1 , a high capacity of 179.8 mAh g −1 in a wide voltage window of 0–1.9 V, a maximum energy density of 104.8 Wh kg −1 , and an ultrahigh power density of 48.8 kW kg −1 . Furthermore, the as‐fabricated aqueous ZIC exhibits an ultralong cycle life of 30 000 cycles with a high capacity retention of 99.2%. This work provides a novel design strategy by incorporating reversible hydrogen and oxygen redox reactions to enhance the energy storage capability of aqueous ZICs toward practical energy storage applications.
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