AFM: 利用激光诱导石墨烯网络上的有机氧化还原物质, 增强高性能锌离子混合电容器

混合锌离子电容器结合了锌离子电池的储能能力和超级电容器的高功率输出。然而，目前混合锌离子电容器有限的循环寿命和狭窄的电化学窗口限制了其潜在应用。本文基于有机化合物聚（8-氨基-2-萘酚）的原位电聚合，在激光诱导石墨烯（LIG）上制备了混合锌离子电容器。在LIG的三维导电框架上电聚合长共轭链聚合物可以增强反应动力学、抑制有机化合物的溶解并提高容量。同时，聚合物链之间形成氢键，有助于质子传输。组装好的锌/碳布/LIG/聚（8-氨基-2-萘酚）混合锌离子电容器在0.1 mA cm-2的条件下具有308 mAh g-1的高比容量，是不含LIG的电池的两倍。此外，这些混合电容器还能在5 mA cm-2的电流密度下稳定承受10 000次循环。

图文简介

a )电聚合聚( 8 -氨基-2-萘酚)示意图；b )电荷存储机理示意图。优化了c ) 8 -氨基- 2 -萘酚和d )聚( 8 -氨基- 2 -萘酚)的分子结构和能级。e ) 8 -氨基-2-萘酚和f )聚( 8 -氨基-2-萘酚)的静电势分布图。

阴极材料的表征

锌离子混合电容器的电化学性能

聚（8-氨基-2-萘酚）阴极材料的储存机理

聚（8-氨基-2-萘酚）沉积在LIG提供的三维离子和电子通道上，引入了氧化还原活性位点，将容量提高到308 mAh g-1。达到的最大能量密度和功率密度分别为1.03 mWh cm-2和9.0 mW cm-2。Zn2+和H+离子都能结合到聚（8-氨基-2-萘酚）的活性位点上。具体来说，Zn2+离子与聚合物分子中的C═N基团结合，而H+离子则与聚合物分子中的C═O基团结合。即使在5 mA cm-2的条件下进行10,000次循环，该电容器的库仑效率仍能保持平均≈99.98%。因此，我们的锌离子混合电容器综合了离子电池和超级电容器的优点。这项研究将氧化还原活性聚合物与碳材料相结合，提高了容量，并为制造高性能混合锌离子电容器引入了一种简单、经济的方法。

论文信息

通讯作者：Weixing Song