Advanced Functional Materials:锌离子混合电容中氧官能团赝电容机制及贡献优化

锌离子混合电容器因其高的安全性、低成本和环境友好等特性,作为应用于可穿戴电子器件的新一代的储能体系受到广泛关注。然而,正极碳材料有限的容量限制了高性能锌离子混合电容器的商业化应用。解决上述问题的关键是设计新型正极材料以及提升单位面积负载量,扩大锌离子混合电容的容量。基于较高电负性和电化学活性,碳材料表面的含氧官能团不仅可以增强对锌离子吸附,同时可以贡献赝电容容量,提升器件能量密度。但碳材料表面的官能团种类繁多,其赝电容储能机制鲜有研究,官能团种类、电化学活性缺乏优化。

苏州大学能源学院、能源与材料创新研究院邵元龙教授近期报道了在锌离子混合电容体系中调控石墨烯表面氧官能团,作为正极材料的最新进展。该工作系统研究了还原氧化石墨烯表面官能团的锌离子赝电容储能机制,验证了羧基和碳酰基贡献了主要的氧化还原赝电容。在此基础上,研究者通过系统优化还原氧化石墨烯的制备手段,精准调控了表面含氧官能团的结构设计,获得了同时具有高容量和循环稳定性的锌离子混合电容。同时,将锌离子混合电容器应用于可穿戴电子器件,显现出较好的机械柔韧性和广阔的应用前景。

该工作为优化高性能混合电容器提供了借鉴和参考。相关研究论文在线发表于Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202007843),题为“Regulating Oxygen Substituents with Optimized Redox Activity in Chemically Reduced Graphene Oxide for Aqueous Zn-ion Hybrid Capacitor ”。苏州大学硕士研究生邵妍妍、苏州大学博士后孙中体博士是论文的共同第一作者,邵元龙教授为通讯作者。