與其他微型超級電容器和微型電池相比，鋰離子微型電容器(LIMCs)具有同時具有高能量/功率密度和長循環壽命的競爭優勢。然而，這些性能顯著決定于碳陽極的快速鋰離子儲存動力學。本文提出了一種從碳鍵水平出發，在典型多孔芳烴骨架-5 (PAF-5)的前驅體側面進行設計的策略，并且與熱解后的結構相結合，可以協同平衡衍生碳的 sp
2/sp
3結構域比、層間距和孔結構。PAF-5具有繼承的 sp
2結構域和多孔結構，使得衍生炭具有高的電子輸運能力和快速的 Li + 吸附能力。同時，發達的 sp
3結構域和擴大的層間距也使得 Li + 插層貢獻豐富和快速，產生了優良的速率性能(141.9 mAh g
-1,4 A g
-1) ，是商業石墨陽極的13倍。基于這種碳陽極制備了一種柔性的 LIMC，同時獲得了高能量/功率密度(71.1 mWha cm
-3/1.9 W cm
-3)、長循環壽命(6000次循環后94.7%)和柔性，證明了設計的 PAFs 作為高性能 Li + 儲存的修飾碳陽極前驅體的可行性。
圖1. PAF-5衍生碳陽極用于低成本集成電路的示意圖。A) PAF-5前驅體及其熱解。B) PAF-5衍生的低成本集成電路用碳陽極及鋰離子儲存機制。
圖2. PAF-5衍生碳的結構演化與表征。a) PAF-5在不同溫度下熱解后的原位FTIR光譜。b) 1200碳的典型SEM圖像。c) PAF-5及其衍生碳的XPS c1s光譜，以及相應的TEM圖像(插圖)。D) sp2/sp3比值隨熱解溫度的變化規律。e)衍生碳的SSA和孔徑分布隨熱解溫度的變化規律。f)典型碳的內在特征相關性。
圖3. PAF-5衍生炭在半電池中的鋰離子儲存性能。a)與商業石墨陽極相比的速率性能。B)循環性能。c)鋰離子擴散系數(D
Li +)作為放電過程中典型電壓點的函數。d-f)碳陽極的典型 CV 和 GCD 曲線。g)隨著裂解溫度的升高，碳結構演變和鋰離子儲存機理的示意圖。
圖4. 柔性 LIMC 的裝配與性能評價。A，b)噴印交指電極圖案的數字圖像。交指電極的SEM 圖像: c)俯視圖，d)陰極和 e)陽極的側視圖，f)陰極和 g)陽極。H)低濃度集成電路的離子和電子傳輸示意圖。
圖5. 低成本集成電路的電化學性能。A)低壓集成電路裝配示意圖。B)低成本集成電路石化前的數字圖像。C)未經預巖化的低成本集成電路的 GCD 圖譜。D)具有預巖化作用的中低成本集成電路的 GCD 圖譜。E)低成本中型企業的 GCD 概況。F)中小型企業系列的政府采購合約概況。G)不同角度彎曲的低強度集成電路(LIMC)的 GCD 剖面。H)低成本集成電路的循環性能，插圖: 由低成本集成電路供電的 LED 的數字圖像。I)我們的 LIMCs 的 Ragone 圖與文獻中的結果進行比較。
相關科研成果由東北師范大學Guangshan Zhu, Yuyang Tian河北工業大學Gongkai Wang等人于2024年發表在Advanced Functional Materials（https://doi.org/10.1002/adfm.202300460）上。原文：Fast Kinetic Carbon Anode Inherited and Developed from Architectural Designed Porous Aromatic Framework for Flexible Lithium Ion Micro Capacitors
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202300460
轉自《石墨烯研究》公眾號
