1成果简介
锌离子混合超级电容器（ZIHSCs）继承了超级电容器和电池的高功率密度和高能量密度的优点，被认为是可再生能源存储系统的未来竞争者。然而，其发展受到反应动力学缓慢和阴极材料不足的阻碍。将回收碳前驱体转化为低成本的多孔碳基阴极是追求高性能 ZIHSCs 的明智策略。本文，安徽工程大学Huan Liu、Zongcheng Miao等研究人员在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“From wasted polymers to N/O co-doped partially graphitic carbon with hierarchical porous architecture as a promising cathode for high performance Zn-ion hybrid supercapacitors”的论文，研究利用废弃的一次性蓝丁腈手套的废聚合物作为碳源，通过有效且可扩展的方法构建了具有分层多孔支架结构的 N/O 共掺杂部分石墨碳。
这些特征的配合为电荷捕获提供了广泛的活性位点，并为快速动力学提供了快速的质量/电荷转移途径，从而为水性ZIHSC器件带来了高电化学性能（在 0.5mA时的超高比容量为257.9mA h g-1）。 9mA h g-1（0.1Ag-1条件下），50Ag-1条件下的容量保持率高达117.4mA h g-1，能量密度和功率密度分别达到惊人的226.5 W h kg-1和47.1 kW kg-1，在20Ag-1的高电流密度条件下循环15000次后的可靠循环率达到97.8%）。重要的是，组装后的准固体 ZIHSC 器件还显示出超强的 Zn2+ 储存能力（0.1 A g-1 时为 219.0 mA h g-1，20 A g-1 时为 61.2mA h g-1）和 186.7 W h kg-1 的高能量密度，同时还具有低自放电和良好的机械灵活性。这些数据表明，从废弃碳源中合理设计先进碳材料，可以在储能领域变废为宝。
2图文导读
图1、 用过的丁腈手套转化为具有结构层次结构的 N/O 共掺杂石墨碳的示意图及其作为 Zn-ion 混合超级电容器阴极材料的应用。
图2、 （a 和 b） NGC、（c） NGCA-a、（d 和 e） NGCA 和 （f） NGCA-b 的 SEM 图像。（G-I）NGCA 的 TEM 图像。
图3、 (a) N2 吸附/解吸等温线，(b) 孔径分布曲线，(c) 拉曼光谱，(d) XPS 勘测光谱，(e) C1s XPS 光谱，(f) N1s XPS 光谱，(g) O1s XPS 光谱，(h) 制成材料的水接触角。
图4、 采用 2 M ZnSO4 电解液的水性 ZIHSC 器件的电化学性能
图5 、NGCA 构建的准固体 ZIHSC 器件的电化学性能
3小结
总之，回收丁腈手套的废聚合物被成功转化为 N/O 共掺杂的部分石墨碳。制得的碳具有分层多孔结构，具有超高的比表面积和合适的孔径分布，同时还具有石墨结构和合适的 N/O 掺杂，因此可产生大量的活性位点，用于捕获电荷以输出高能量，同时还具有较短的路径和良好的润湿性，用于快速扩散电解质离子和快速传输电子以输出高功率。因此，水性ZIHSC器件在0.1Ag-1 的条件下显示出257.9mA hg-1 的惊人比容量，在电流密度扩大500倍（50 A g-1）的条件下显示出 117.4mA h g-1 的显著容量保持率，从而使能量和功率输出分别达到 226.5Wh kg-1 和 47.1kW kg-1。
令人欣慰的是，在 20Ag-1的条件下，经过15000次充放电循环后，其长期循环性达到了 97.8%。最后，准固体 ZIHSC器件在0.1A g-1 电流条件下的比容量高达 219.0 mA h g-1，在 20Ag-1电流条件下的容量保持率为61.2mA h g-1，能量密度为 186.7 W h kg-1，抗自放电性能优异，机械柔韧性良好。总之，就废弃聚合物的可回收性和内在分子结构而言，这些结果表明，腈手套衍生的具有结构层次的N/O共掺杂石墨碳有望成为高性能 ZIHSCs 的阴极材料，并在活性位点、石墨结构和多孔结构方面为先进的碳基电极开辟了新的设计策略，从而提升了电化学能力。
文献：
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