2024年7月4日，江苏大学乔芬教授团队在清华大学主办的高起点新刊Nano Research Energy上发表题为“Tuning electrochemical properties of carbon nanofiber electrodes with selenium heteroatoms for flexible zinc ion capacitors”的最新研究文章。
随着柔性电子产业的迅速发展，越来越多的电子设备采用更薄、更柔性和可穿戴的设计，包括智能手机、可穿戴传感器、植入式电子设备等。这些灵活电子设备的普及对相应的柔性能源存储设备提出了更高的要求，需兼具轻量化、高安全性、高效率和长久的循环稳定性。锌离子电容器（ZICs）因其独特的能量密度和高效的能量转移能力，被认为是未来柔性电子设备的理想能源存储方案，同时水性电解质的应用也确保了其在安全性上的显著优势。然而，传统电极制备过程中需加入电化学惰性的粘结剂，这会降低设备的整体性能。此外，刚性电极在弯折过程中容易导致活性物质脱落，因此，开发免粘结剂的自支撑柔性电极成为提高柔性ZIC性能的关键。
图1.（a）准固态柔性锌离子电容器组装示意图。（b）Ragone模型图。
本文提出了一种通过硒掺杂调节碳纳米纤维（CNF）中氮掺杂种类的方法，成功制备了N/Se共掺杂碳纳米纤维（N/Se-CNF）自支撑电极。研究发现，硒原子可诱导吡咯-N（N-5）的还原，有利于锌离子的转移。此外，通过原位表征和理论密度泛函（DFT）计算，证实了硒原子可以提供丰富的反应位点并降低锌离子的吸附能，从而显著提高电极的电化学性能。N/Se-CNF电极表现出优异的电化学性能，在0.2 A·g-1下表现出268 F·g-1的高比电容，远超未改性CNF的性能。最高能量密度达到95.3 Wh·Kg-1，功率密度为160.1 W·Kg-1。在5 A g-1的放电倍率下，经过18,000次循环后，仍能保持88.1 %的初始电容。此外，由N/Se-CNF电极组装的柔性ZIC在160 W·Kg-1的功率密度下可实现68.8 Wh·Kg-1的高能量密度，表现出优异的柔性电化学性能。该研究为调控N掺杂种类制备高性能柔性电极提供了新的思路和理论框架。
作者介绍
第一作者：刘文杰
通讯作者：乔芬教授
通讯作者：江苏大学
相关论文信息：
论文原文在线发表于Nano Research Energy，点击“阅读原文”查看论文
论文标题：
Tuning electrochemical properties of carbon nanofiber electrodes with selenium heteroatoms for flexible zinc ion capacitors
论文网址：
https://doi.org/10.26599/NRE.2024.9120131
DOI：10.26599/NRE.2024.9120131
论文引用：
Liu W, Qiao F, Zhao J. Tuning electrochemical properties of carbon nanofiber electrodes with selenium heteroatoms for flexible zinc ion capacitors. Nano Research Energy, 2024, https://doi.org/10.26599/NRE.2024.9120131
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