硕士生一作！80000次，98.7%！南京林业大学，发表Angew！

随着大规模储能和高效电能输出需求的不断增长，电化学储能系统迅速发展。近年来，水系锌离子混合电容器(ZIHCs)因其高安全性、可持续性和高功率密度等优点在绿色电力存储应用中展现出巨大潜力。然而，受到溶剂化锌离子([Zn(H₂O)₆]²⁺)尺寸(直径达0.86nm)的限制，常用的碳质正极往往难以同时为ZIHCs提供理想的能量密度和功率密度。

在此，南京林业大学何水剑，悉尼大学裴增夏，扬州大学杨皓奇等人报道了一种碳材料的仿生设计方案，即在类毛细血管结构的中空碳纳米纤维表面构建了与[Zn(H₂O)₆]²⁺尺寸高度兼容的纳米孔，实现了兼具高比能、高功率的ZIHCs。材料科学与工程学院硕士生杨广杰为第一作者。

具体而言，匹配该材料的ZIHC可实现156 mAh g^-1的比容量，在135 W kg^-1的功率密度下能释放132.8 Wh kg^-1的电池级比能量（基于正极材料），以及优异的循环稳定性（80000次循环后容量保持率为98.7%）与实用化的高面容量(3.8 mAh cm^-2)。

图1. 基于碳正极的锌离子电容器电化学性能研究

总之，该工作为Zn²⁺的高密度存储定制了一种仿生中空多孔结构。结果显示，该材料在ZIHCs中表现出156 mAh g⁻¹的比容量，在135 W kg^-1的功率密度下能释放132.8 Wh kg^-1的电池级比能量（基于正极材料），以及优异的循环稳定性与实用化的高面容量(3.8 mAh cm^-2)。

此外，作者通过原位/非原位光谱表征、动力学分析及理论计算分析，该优异的储能性能源于仿生碳纳米纤维的有益的微观结构及可逆的物理/化学吸附过程。因此，该工作为构建高容量碳基材料提供了一种合理化的设计方案。

图2. 电化学动力学分析和温度自适应ZIHCs

Bionic Hollow Porous Carbon Nanofibers for Energy-Dense and Rapid Zinc Ion Storage，Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202421230

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