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成果简介

水性锌离子混合超级电容器（ZHSCs）的碳基阴极由于其电双层电容（EDLC）储能机制受到特定表面积和电双层（EDL）厚度的限制，通常会出现锌离子存储能力低下的情况。本文，中山大学卢锡洪教授团队等在《Angew. Chem. Int. Ed》期刊发表名为“Compacting Electric Double Layer Enables Carbon Electrode with Ultrahigh Zn Ion Storage Capability”的论文，研究报告了一种通用的表面电荷调控策略，通过减少电双层的厚度来有效提高碳材料的电容。

选择了带有孤对电子的氨基来增加表面电荷密度，增强碳电极和锌离子之间的相互作用，从而有效地压缩电双层。因此，氨基功能化的多孔碳基ZHSCs可以在1M氯化锌电解质中提供255.2 mAh g-1的超高容量，并具有良好的循环稳定性（50 000次循环后95.5%的容量保持率）。这项研究证明了EDL改性碳作为Zn2+储存阴极的可行性，以及构建高性能ZHSCs的巨大前景。

图文导读

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图1、a) Gouy-Chapman-Stern模型。b) 碳电极的EDL厚度与表面电荷密度。

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图2、a) 氨基功能化多孔碳的示意图；b) SEM图像；c) TEM图像；d) STEM图像和APC的相应图谱；e) PC和APC的C 1s, f) N 1s XPS光谱；g) 拉曼光谱。

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图3、a) Zn//APC ZHSCs在不同扫描速率下的CV曲线；b) 0.3 A g-1下的GCD曲线；c) 速率性能；d) EIS光谱；e) PC和APC在10 A g-1下的循环稳定性；f) Zn//APC ZHSCs的容量、电压窗口和容量保持率与其他报道的文献的比较。

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图4、a) PC和APC不同类型电容的贡献。

b) PC和APC电极在50 mV过电位下的CA。

c) PC和APC电极在0-2V与Zn2+/Zn的电容-电位曲线。

d/e) PC和APC的电荷密度差异图。

f/g）PC和APC的锌结合能和Zeta电位。

h/i）PC和APC的EDL配置示意图。

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图5、a）示意图，b）0.3Ag-1的GCD曲线，c）0.3Ag-1的容量比较，以及d）氨基功能化CNT、rGO和AC的速率能力。

小结

综上所述，我们提出了一种通用的策略，通过用氨基调控表面电荷来提高碳电极的锌离子储存能力。这项研究的重要性在于通过简单的表面功能化而不是复杂的电极/设备设计来提高碳材料的能量密度。作者希望该的研究结果将为战略性电极表面工程和高能量密度ZHSC的合理开发提供灵感。

文献：

https://doi.org/10.1002/ange.202214773

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