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南京林业大学研究生(南京林业大学研究生院)

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成果简介

电双层超级电容器是一种电化学能量器件，有望用于下一代能量存储，但它们仍面临着能量密度低和对苛刻条件耐受性差的巨大挑战，难以应用于实际应用。本文，南京林业大学何水剑教授团队等在《Inorg. Chem. Front》期刊发表名为“High performance supercapacitors based on wood-derived thick carbon electrodes synthesized via green activation process”的论文，研究提出一种具有超高质量负载（约40 mg cm-2）的椴木碳化和活化的厚碳电极，超级电容器能够在恶劣的条件下运行，如快速充电/放电率（100 mA cm-2），超长的循环寿命（≥50 000次）和超低温度（-40℃）。碳电极继承了椴木的垂直通道，增强了电解质离子的渗透和传质；它们还具有由H2O2活化诱导的合理的微/中孔和含氧官能团，这改善了电极的离子传输动力学。

因此，即使在超高质量负载和超低温度下，组装好的超级电容器也能实现可观的电容性能，在环境温度和-40℃下，其比电容分别为6205.7 mF cm-2和4886.4 mF cm-2。此外，该装置在恶劣的环境中呈现出超长的工作寿命，即使在-40℃下经过70000次循环，其电容保持率也达到90.6%。受益于可再生前体、绿色活化过程和令人鼓舞的电容性能，H2O2活化的木质单体碳将成为开发在超低温下工作的超级电容器的高质量负载电极。

图文导读

图1 、（a） a-OC材料合成过程示意图。（b–d）a-OC-900的FESEM图像：（b）俯视图，（c和d）垂直通道和穿透墙壁的大量坑。（e和f）OC-900和（g和h）a-OC-900的HRTEM图像。

图2、 （a）XRD图谱，（b）拉曼光谱，（c）N2吸附-解吸等温线和（d）OC-800、OC-900、OC-1000、a-OC-800、a-OC-900和a-OC-1000的孔径分布曲线。

图3、 OC-900和a-OC-900的（a和c）C1s和（b和d）O1s的高分辨率光谱。

图4 、具有6 M KOH电解质的三电极系统中电极的电容特性。

图5、 对称超级电容器（a-OC-900//a-OC-900）在不同温度下6 M KOH的电容性能。

图6、a-OC-900//a-OC-900器件在低温（−40 °C）下的实际应用

小结

采用可再生原料，绿色、多功能和通用 H2O2活化策略，以及超高质量负载和超低温耐受等极端功能，为超级电容器在恶劣环境中的实际应用铺平了道路。

文献：

• https://doi.org/10.1039/D2QI01914K

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