首师大宋卫星等Small: 碳材料在水性锌离子储能器件中的应用

最近几年由于水系锌离子储能器件的高安全性，低成本，和资源丰富等优点，引起了科研人员越来越多的关注。此外锌具有较低的氧化还原电势（-0.762 V），在水中的电化学稳定性好，而且理论比容量高（820 mAhg-1），因此有可能成为将来大规模储能系统的主要选择。用于锌离子存储的各种正极材料的研究主要集中在开发更高的容量密度，更高的电位窗口等方面。Zn²⁺基器件开发面临的主要挑战性问题是大电流密度下普通正极材料的极化导致的实际容量低以及不良的循环稳定性。而大多数正极材料都不导电，因此，有必要有效地优化电极材料，以实现锌离子的高效可逆嵌入/脱出。碳材料具有大的比表面积和良好的导电性，被用来提高正极活性物质的负载能力和提高电导率。

首都师范大学宋卫星课题组综述了锌离子存储设备中广泛使用的碳材料，包括中空碳球，活性炭，N掺杂多孔碳，石墨烯和碳纳米管等。碳材料的应用可以提高电导率，抑制体积变化，缩短离子迁移和电解质扩散距离，从而具有更高的功率密度和更好的循环稳定性。因此，通过与纳米结构碳材料混合合成各种复合正极材料已成为提高性能的研究重点之一。每个电极都有其独特的功能，尤其是对电极材料的掺杂，因此该综述详细分析了使用不同碳材料实现高性能锌离子电池的各种优化策略，详细介绍了这些碳材料在水系锌离子超级电容器和锌离子电池中的独特作用和优势。此外，还对不同碳材料的特性和功能进行了详细的比较和讨论，最后概述了锌离子储能中使用碳材料有可能面临的一些挑战和应用前景。高性能锌离子电池有待深入阐明含碳复合材料的电子传输特性，对阳离子入/脱出反应的影响，碳结构的选择与电极性能的关系等，以获得最佳的电极材料优化方法。

上述研究工作得到了国家自然科学基金项目(21773009)的支持。 

论文信息：

Application of Carbon Materials in Aqueous Zinc Ion Energy Storage Devices

Ziting Wang, Maoqin Zhang, Weiting Ma, Junbo Zhu, Weixing Song*

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DOI：10.1002/smll.202100219

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