【CCL文章推荐】磷掺杂碳纳米管/还原氧化石墨烯复合气凝胶用于锌离子混合电容器正极材料

【背景简介】

近年来，水系锌离子混合电容器因其低成本和高安全性等特点被认为是下一代储能系统的理想候选者。然而，由于不令人满意的碳基正极材料导致其相对低的比能量，难以同时实现高的能量/功率密度输出，锌离子混合电容器的实际应用仍然是一个巨大的挑战。石墨烯因巨大的理论比表面积、优异的导电性和化学稳定性而被认为是一种很有潜力的电极材料。然而，石墨烯片层之间的强范德华力导致的严重团聚问题大大降低了其实际电化学性能。

针对以上问题，湖南工业大学朱裔荣教授课题组报道了磷掺杂碳纳米管/还原氧化石墨烯复合气凝胶（P-CNT/rGO）用于锌离子混合电容器正极材料。得益于碳纳米管层插和磷原子掺杂并结合三维多孔结构设计的协同改性策略，所合成的P-CNT/rGO表现出显著增加的比表面积、扩大的层间间距和增强的赝电容行为，从而导致显著增强的比电容和优异的离子传输性能。基于P-CNT/rGO正极的锌离子混合电容器在80 kW/kg的超高功率密度下实现了42.2 Wh/kg的高能量密度并具备优异的循环稳定性。同时，通过深入的动力学分析，证实了P-CNT/rGO正极增强的赝电容行为和卓越的功率输出能力。此外，利用XRD、FESEM、XPS和EIS等非原位表征，揭示了电解质离子在P-CNT/rGO正极上发生物理和化学吸附/脱附的储能机理。此工作为设计和开发高能量/功率密度的石墨烯基正极材料提供了有价值的参考，该研究成果以“Phosphorous-doped carbon nanotube/reduced graphene oxide aerogel cathode enabled by pseudocapacitance for high energy and power zinc-ion hybrid capacitors”为题发表在Chin Chem Lett 上，doi：10.1016/j.cclet.2023.108354。

【图文简介】

图1. P-CNT/rGO的制备流程示意图和形貌图

图2. P-CNT/rGO的表征分析

图3. P-CNT/rGO//Zn ZHC的电化学性能测试

图4. P-CNT/rGO//Zn ZHC的动力学分析

图5. P-CNT/rGO//Zn ZHC的储能机理研究

【通讯作者简介】

朱裔荣，湖南工业大学材料与先进制造学院教授，工程师，硕士生导师，新能源材料系主任，湖南省杰出青年基金获得者，湖南工业大学“渌江学者”精英人才。主要研究领域：新能源材料与储能器件（超级电容器、锌离子电池/电容器）。2008年获中南大学应用化学专业工学硕士学位；2008-2012年在株洲宏达电子有限公司从事军用电容器的生产工艺技术和研发工作；2015年获中南大学冶金物理化学专业工学博士学位；2016-2019年在中南大学材料科学与工程博士后流动站工作。先后主持国家级、省部级、市厅级及企业科研项目10余项。以第一/通讯作者在Energy & Environmental Science, Advanced Energy Materials, Energy Storage Materials, Nano‑Micro Letters等国内外知名期刊上发表SCI论文50余篇，其中ESI热点论文2篇，ESI高被引论文9篇，论文他引5800余次，H指数45，入选2020-2022年全球前2%顶尖科学家榜单。担任Chinese Chemical Letters、Rare Metals、物理化学学报青年编委；担任Advanced Functional Materials, Energy Storage Materials等40余个期刊的审稿人；授权国家发明专利5项；获湖南省国防科技进步三等奖、株洲市科技进步三等奖、湖南省优秀博士学位论文奖等。