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鈉離子混合電容器（SIHCs）原則上可以利用電池和超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn)，以滿足大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本需求，但其負(fù)極和正極的動(dòng)力學(xué)遲緩和低容量的問(wèn)題有待克服。

圖1 材料合成路線

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院Jeung Ku Kang等報(bào)告了一種策略，即利用三維多孔石墨碳正極和源自金屬氮化物框架-6s（MAF-6s）的負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)高性能的雙碳SIHCs。MAF-6是一種有趣的MOF，因?yàn)樗拇罂兹莺涂讖娇梢杂行У匮b載額外的物種。在加載適當(dāng)數(shù)量的尿素后，MAF-6s的碳化導(dǎo)致了功能碳的產(chǎn)生。

同時(shí)，通過(guò)控制MAF-6衍生碳的N含量，在KOH的存在下，合成出三維超高孔氧摻雜石墨碳，這意味著在MAF-6的初級(jí)碳化后，用額外的激活劑進(jìn)行化學(xué)改性，可以有效地控制所獲得的碳的孔隙率和孔徑大小。

此外，MAF-6s被成功轉(zhuǎn)化為三維多孔氮摻雜石墨碳作為負(fù)極材料，其中含氮配體為負(fù)極材料提供了氮摻雜效應(yīng)，從而使其既具有優(yōu)良的電解液潤(rùn)濕性，又具有豐富的贗電容氧化反應(yīng)位點(diǎn)以獲得高容量。

圖2 正極電化學(xué)性能

研究顯示，在KOH的存在下，三維石墨碳產(chǎn)生了創(chuàng)紀(jì)錄的高表面積（5214 m² g^-1），比原始的MAF-6高四倍，高容量的氧摻雜位點(diǎn)，豐富的中孔提供了快速的離子傳輸，以及超過(guò)5000次充/放電循環(huán)的高容量保持。此外，三維多孔MDC負(fù)極材料顯示出5000次以上的循環(huán)穩(wěn)定性。

另外，不同負(fù)載量（3至6 mg cm^-2）的雙碳MDC//K-MDC SIHCs被證明可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)鈉離子電池和超級(jí)電容器的高能量密度。此外，它可以實(shí)現(xiàn)20000 W kg^-1的超快速充電高功率密度和克服典型電池的強(qiáng)大循環(huán)穩(wěn)定性。

圖3 負(fù)極電化學(xué)性能

3D Porous Oxygen-Doped and Nitrogen-Doped Graphitic Carbons Derived from Metal Azolate Frameworks as Cathode and Anode Materials for High-Performance Dual-Carbon Sodium-Ion Hybrid Capacitors. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202301160

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?Adv. Sci.：三維多孔氧氮摻雜石墨碳作為高性能正極和負(fù)極材料

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