水系锌离子电容器

doi:10.13208/j.electrochem.170344

电化学（中英文） ›› 2017, Vol. 23 ›› Issue (5): 581-585. doi: 10.13208/j.electrochem.170344

• 超级电容器近期研究专辑（南京航空航天大学张校刚教授主编） • 上一篇下一篇

水系锌离子电容器

赵井文^1a，李佳佳^2a，韩鹏献¹，崔光磊^1*

1. 中国科学院青岛生物能源与过程研究所，山东青岛 266101; 2. 中国海洋大学，山东青岛 266100

收稿日期:2017-03-28 修回日期:2017-05-12 出版日期:2017-10-28 发布日期:2017-10-28
通讯作者: 崔光磊 E-mail:cuigl@qibebt.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目（No. 21601195, 51625204, 21671196）、中国科学院青年创新促进会（No.2017253）、青岛市源头创新计划、青岛市储能行业科学研究智库联合基金及青岛市太阳能与储能技术重点实验室资助

An Aqueous Zn-Ion Capacitor

ZHAO Jing-wen^1a，LI Jia-jia^2a，HAN Peng-xian¹，CUI Guang-lei ^1*

1.Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences, Shandong Qingdao 266101, China；2. Ocean University of China, Shandong Qingdao 266100, China

Received:2017-03-28 Revised:2017-05-12 Published:2017-10-28 Online:2017-10-28
Contact: CUI Guang-lei E-mail:cuigl@qibebt.ac.cn

摘要/Abstract

摘要：

本文首次提出了一种水系锌离子电容器的新型储能体系，其中以五氧化二钒（V₂O₅）为正极，具有高比表面积的活性炭（AC）为负极，以及三氟甲基磺酸锌（Zn(TfO)₂）为电解质. X射线衍射（XRD）证明二价锌离子作为电荷载体，可以在五氧化二钒（V₂O₅）中进行可逆的嵌入与脱出. 该锌离子电容器的电位窗口可达1.4 V，具有良好的倍率特性及循环稳定性. 电流密度为1000 mA·g^-1时，电容器的比能量密度为4.5 Wh·kg^-1，功率密度可达181 W·kg^-1. 本工作为发展新型基于多价离子电化学电容器提供了新思路和新方法.

关键词: 超级电容器, 锌离子电容器, 五氧化二钒, 多价离子嵌脱, 水系电解液

Abstract: We first present a new aqueous zinc-ion (Zn-ion) capacitor based on vanadium pentoxide ( V₂O₅) cathode, activated carbon (AC) anode, and 2 mol·L^-1 zinc trifluoromethanesulfonate (Zn(TfO)₂) electrolyte. The Zn-ion capacitor possesses a wide electrochemical window of 1.4 V, good rate capability and cycling stability. The XRD data demonstrates that the Zn²⁺ion serving as the charge carrier could be reversibly intercalated into the V₂O₅. This capacitor delivered a power density of 181 W·kg^-1 and an energy density of 4.5 Wh·kg^-1 at 1000 mA·g^-1. This work may open up new opportunities for developing multivalent ion-based electrochemical capacitors.

Key words: Supercapacitor, Zn-ion capacitor; V₂O₅, multivalent ion (de-)intercalation, aqueous electrolyte.

中图分类号:

O646

赵井文，李佳佳，韩鹏献，崔光磊. 水系锌离子电容器[J]. 电化学（中英文）, 2017, 23(5): 581-585.

ZHAO Jing-wen，LI Jia-jia，HAN Peng-xian，CUI Guang-lei. An Aqueous Zn-Ion Capacitor[J]. Journal of Electrochemistry, 2017, 23(5): 581-585.

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参考文献

[1] Atwater T B, Cygan P J, Leung F C. Man portable power needs of the 21st century - I. Applications for the dismounted soldier. II. Enhanced capabilities through the use of hybrid power sources[J]. Journal of Power Sources, 2000, 91(1): 27-36.

[2] Lewandowski A, Galinski M. Practical and theoretical limits for electrochemical double-layer capacitors[J]. Journal of Power Sources, 2007, 173(2): 822-828.

[3] Owusu K A, Qu L, Li J , et al. Low-crystalline iron oxide hydroxide nanoparticle anode for high-performance supercapacitors[J]. Nature Communications, 2017, 8: 14264-14274.

[4] Burke A. Ultracapacitor technologies and application in hybrid and electric vehicles[J]. International Journal of Energy Research, 2010, 34(2): 133-151.

[5] Sharma P, Bhatti T S. A review on electrochemical double-layer capacitors[J]. Energy Conversion and Management, 2010, 51(12): 2901-2912.

[6] Hercule K M, Wei Q, Asare O K, et al. Interconnected nanorods-nanoflakes Li₂Co₂(MoO₄)₃ framwork structure with enhanced electrochemical properties for supercapacitors[J]. Advanced Energy Materials, 2015, 5(10): 1500060.

[7] Pandolfo A G, Hollenkamp A F. Carbon properties and their role in supercapacitors[J]. Journal of Power Sources, 2006, 157(1): 11-27.

[8] Rudge A, Davey J, Raistrick, I, et al. Conducting polymer as active materials in electrochemical capacitors[J]. Journal of Power Sources, 1994, 47(1/2): 89-107.

[9] Yu L P, Chen G Z. Redox electrode materials for supercapatteries[J]. Journal of Power Sources, 2016, 326: 604-612.

[10] Wang Y G, Xia Y Y. Hybrid aqueous energy storage cells using activated carbon and lithium-intercalated compounds I. The C/LiMn₂O₄ system[J]. Journal of The Electrochemical Society, 2006, 153(2): A450-A454.

[11] Zhang Y, Yuan C, Ye K, et al. An aqueous capacitor battery hybrid device based on Na-ion insertion-deinsertion in λ-MnO₂ positive electrode[J]. Electrochimica Acta, 2014, 148: 237-243.

[12] Park J H, Park O O. Hybrid electrochemical capacitors based on polyaniline and activated carbon electrodes[J]. Journal of Power Sources, 2002, 111(1): 185-190.

[13] Jain A, Aravindan V, Jayaraman S, et al. Activated carbons derived from coconut shells as high energy density cathode material for Li-ion capacitors[J]. Scientific Reports, 2013, 3.

[14] Chen Z, Augustyn V, Wen J, et al. High-Performance Supercapacitors Based on Intertwined CNT/V₂O₅ Nanowire Nanocomposites[J]. Advanced Materials, 2011, 23(6): 791-795.

[15] Dipan K, Brian D A, Victor D, et al. A high-capacity and long-life aqueous rechargeable zinc battery using a metal oxide intercalation cathode[J]. Nature Energy, 2016, 119.

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An Aqueous Zn-Ion Capacitor

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[1]	叶珍珍, 张抒婷, 陈鑫祺, 王瑾, 金鹰, 崔超婕, 张磊, 钱陆明, 张刚, 骞伟中. 基于离子液体的超级电容在3 V及65 ^oC老化条件下的铝碳界面效应[J]. 电化学（中英文）, 2022, 28(12): 2219005-.
[2]	李丹丹, 纪翔宇, 陈明, 杨燕茹, 王晓东, 冯光. 低聚离子液体的体相与界面及其电化学储能应用[J]. 电化学（中英文）, 2022, 28(11): 2219002-.
[3]	兰道云, 屈小峰, 唐宇婷, 刘丽英, 刘军. 3.9 V电化学稳定窗口的乙酸盐电解液用于低成本高性能的水系钠离子电池[J]. 电化学（中英文）, 2022, 28(1): 2102231-.
[4]	王佳, 黄秋安, 李伟恒, 王娟, 庄全超, 张久俊. 电化学阻抗谱弛豫时间分布基础[J]. 电化学（中英文）, 2020, 26(5): 607-627.
[5]	杨裕生. 电化学储能研究22年回顾[J]. 电化学（中英文）, 2020, 26(4): 443-463.
[6]	周岳珅, 李梦, 吴双, 李照磊, 高延敏. ZnCo₂O₄电极材料的形貌调控制备与超级电容特性的研究[J]. 电化学（中英文）, 2019, 25(6): 740-748.
[7]	张韩方, 魏风, 孙健, 荆梦莹, 何孝军. 离子液体辅助条件下由稻壳合成超级电容器用多孔炭[J]. 电化学（中英文）, 2019, 25(6): 764-772.
[8]	夏永康, 顾明远, 杨红官, 于馨智, 鲁兵安. CVD 法制备三维石墨烯的电化学储能性能[J]. 电化学（中英文）, 2019, 25(1): 89-103.
[9]	苏秀丽, 董晓丽, 刘瑶, 王永刚, 余爱水. 基于钛酸锂负极和聚三苯胺正极的电池电容体系[J]. 电化学（中英文）, 2018, 24(4): 324-331.
[10]	邵雯柯，赵雷，刘超，董艳莹，朱元杰，王秋凡. WO₃/碳布柔性非对称超级电容器的组装及性能研究[J]. 电化学（中英文）, 2018, 24(4): 351-358.
[11]	杨波，金直航，赵亚萍，蔡再生. 自支撑柔性氮掺杂碳织物电极的制备与性能研究[J]. 电化学（中英文）, 2018, 24(4): 359-366.
[12]	荆鑫，张旭，王玮，郎俊伟. 兼具高质量和高体积能量密度的水系全金属氧化物不对称超级电容器[J]. 电化学（中英文）, 2018, 24(4): 332-343.
[13]	周田田，邬冰，邓超，高颖. 锰氧化物聚苯胺复合电极材料的制备与性能[J]. 电化学（中英文）, 2018, 24(2): 137-142.
[14]	张秋红，申保收，左宋林，卫歆雨. 离子液体电解质种类对活性炭电极超级电容器电化学性能的影响[J]. 电化学（中英文）, 2017, 23(6): 684-693.
[15]	林顿，张熙悦，曾银香，于明浩，卢锡洪，童叶翔. 高性能碳基与过渡金属化合物基超级电容器电极材料的研究进展[J]. 电化学（中英文）, 2017, 23(5): 560-580.