1成果简介
有效保留生物质多孔碳的高比表面积和多种杂原子官能团至关重要，但在开发具有高速存活率和卓越持久电容活性的储能技术方面仍有许多工作要做。本文，华南农业大学郑明涛 副教授、胡航 讲师、梁业如 教授等在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Ammonium persulfate assisted synthesis of ant-nest-like hierarchical porous carbons derived from chitosan for high-performance supercapacitors and zinc-ion hybrid capacitors”的论文，研究提出一种在过硫酸铵辅助下合成蚁巢状分层多孔碳（AH-PCs）的高效方法，这种碳来源于壳聚糖，可用于制造高质量的超级电容器和锌离子混合电容器（ZIHCs）。
壳聚糖的广泛交联产生了蚁巢状的分层结构和 3518m2 g-1 的高比表面积，其中 83.48% 为微孔，非常适合离子传输。AH-PCs 的杂原子（N 和 O）含量高达 21.49%。作为超级电容器的电极材料，AH-PCs 在 6M KOH 电解液中显示出极高的500Fg-1比电容。对称超级电容器的容量保持率高达 71.65%，在 0.5Ag-1的放电速率下可产生329.4Fg-1的高电容，即使在 20 Ag-1 的放电速率下也能保持 236 Fg-1。
令人印象深刻的是，在 10 Ag-1 放电条件下，经过 400 000 次循环后，电容量保持率仍高达 94.9%，平均每次循环仅损失 0.00001275%。在 1M Na2SO4电解液中，能量密度可达 37.69 W hkg-1（225 W kg-1）。作为 ZIHC 的正极材料，可产生 137.61 Wh kg-1的高能量密度。值得注意的是，即使在 20Ag-1 的高电流密度下经过 20 000 次循环后，其容量保持率仍为 100%，自放电率超低，仅为 2.67 mVh-1。这些优异的电化学特性为先进的超级电容器和 ZIHC 带来了巨大的发展前景。
2图文导读
图1、 复合AH-PCs形成过程示意图。
图1、 （a） PC、（B） A-PC、（C） H-PC 和 （d） AH-PC 的 SEM 图像，以及 （d） 中红色方块的 （e） 放大 FESEM 图像。（f-h）AH-PCs的SEM图像和C、O、N元素映射图样，（i）AH-PCs的TEM图，（j）AH-PCs的HRTEM图，以及AH-PCs的（k-n）TEM图和C、O和N元素图谱图。
图2、（a） N2吸附/解吸等温线。（b） 微孔体积、介孔体积和总孔体积。（c） 0.5-100 nm的孔径分布。插图显示了 0.5–4 nm 的孔径分布。
图3、 AH-PC在具有6.0M KOH溶液的双电极系统中的电化学性能
图4、使用1.0M Na2SO4溶液的两电极系统中AH PC的电化学性能。
图5、在2M ZnSO4电解质中由多孔碳阴极和Zn阳极组装的ZIHC的电化学性能
3小结
总之，我们开发出了一种利用具有成本效益的原料制备三维蚁巢式分层结构的有效途径。AH-PCs 具有极高的比表面积和定制的孔隙结构，并富含杂质元素（N/O 含量高达 21.49%）。在使用 6 M KOH 电解液的 EDLC 中，AH-PCs 表现出卓越的循环能力，即使在 10 Ag-1 的电流密度下循环 400 000 次后，其容量仍能保持 94.9%。此外，当浸泡在 1 MNa2SO4电解液中时，AH-PCs 显示出卓越的能量密度和功率密度，其值分别为 37.69 W h kg-1（225 W kg-1）和 17.25 W hkg-1（9000 W kg-1），优于大多数已报道的材料。我们还研究了一种以 AH-PCs 为正极、锌箔为负极的 ZIHC，它在 2 MZnSO4电解液中具有优异的电化学性能。即使在电流密度增加到 20 Ag-1 的情况下，它在 20 000 次循环后仍能保持 100% 的容量保持率，在各种功率密度下的能量输出分别达到 137.61 W hkg-1和 69.78 W hkg-1，同时还具有 2.67 mVh-1 的超低自放电率。这些结果为先进材料在 EDLC 和 ZIHC 中的应用带来了巨大希望，它们具有卓越的性能和稳定性，为未来的储能技术带来了巨大潜力。
文献：
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