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東北師范大學Guangshan Zhu, Yuyang Tian河北工業大學Gongkai Wang等--快速動力學碳陽極繼承和發展了建筑設計的多孔芳香族柔性鋰離子微電容器框架
       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 sp2/sp3結構域比、層間距和孔結構。PAF-5具有繼承的 sp2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 sp3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(DLi +)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
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