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近日，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院深圳先進集成技術(shù)研究所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳研究團隊，聯(lián)合重慶理工大學教授周志明，采用原位兩步活化策略，制備出一種分級多孔碳正極材料，基于該材料的水系鋅離子雜化電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學儲能性能。相關(guān)研究成果以In Situ Two-Step Activation Strategy Boosting Hierarchical Porous Carbon Cathode for an Aqueous Zn-based Hybrid Energy Storage Device with High Capacity and Ultra-Long Cycling Life為題，在線發(fā)表在Small（DOI: 10.1002/smll.202003174）上。

鋰資源儲量有限且分布不均，促使基于儲量豐富的非鋰堿（土）金屬離子的新型儲能器件的研究逐步發(fā)展。水系電解液的高安全性、低成本，以及鋅具有環(huán)境友好、與水溶液良好的兼容性、高的理論比容量等優(yōu)點，開發(fā)水系鋅離子雜化儲能器件受到關(guān)注。然而，由于活性碳正極材料的比容量較低，限制了水系鋅離子雜化儲能器件的發(fā)展。

研究人員考慮到活性碳材料儲存離子的能力依賴于其多孔結(jié)構(gòu)，提出一種原位兩步活化策略，設(shè)計一種具有合理微孔/介孔孔徑分布的分級多孔碳材料（HPAC）。該策略一方面有效控制了孔結(jié)構(gòu)及孔徑分布，另一方面增強了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，且具有超高的比表面積，與鋅負極組裝成的水系鋅離子雜化儲能器件表現(xiàn)出高比容量（231 mAh g-1@0.5A g-1）、優(yōu)異的倍率性能（119 mAh g-1@20 A g-1）以及長循環(huán)壽命（18000次循環(huán)容量保持率~70%）。該研究對開發(fā)環(huán)境友好、低成本以及高安全的儲能器件具有借鑒意義。

研究工作受到廣東省重點專項、國家自然科學基金、廣東省、深圳市等的資助。

水系鋅離子雜化儲能器件工作原理示意圖（a）以及對應(yīng)充放電曲線（b），充放電過程中的原位Raman譜（c），與其他雜化儲能器件的倍率性能對比（d），與其他水系鋅離子儲能器件的性能對比（e）