成果简介

锂离子电容器（LICs）因其高能量密度和高功率密度的双高特性而迅速发展。然而，阴极的相对低容量和阳极的迟缓动力学严重阻碍了LIC的发展。本文，中科院大连化学物理研究所吴忠帅课题组在《Energy & Environmental Materials》期刊发表名为“Sustainable Lignin-Derived Carbon as Capacity-Kinetics Matched Cathode and Anode Toward 4.5 V High-Performance Lithium-Ion Capacitors”的论文，研究开发了精确的孔隙工程和杂原子定制的缺陷分层多孔碳（DHPCs）作为大容量阴极和高速阳极，以构建高性能的双碳LICs。

DHPCs的制备基于三重活化机制，通过可持续木质素与尿素的直接热解，产生相互连接的分层多孔结构和丰富的杂原子诱导缺陷。受益于这些先进的优点，DHPCs在阴极和阳极都表现出良好的匹配的高容量和快速动力学，表现出大的容量、卓越的速率能力和长期的寿命。实验和计算结果都证明了孔隙和掺杂物对储锂的强大协同作用。因此，组装后的双碳LIC表现出4.5V的高电压、208 Wh kg-1的高能量密度、53.4 kW kg-1的超高功率密度和几乎零衰减的循环寿命。令人印象深刻的是，在阴极上有9.4mg cm-2的高质量负载的完整装置仍然输出187 Wh kg-1的高能量密度，证明了它们作为高性能电化学器件的电极材料的潜力。

图文导读

图1、 DHPCS制造工艺示意图。

图2.（d，d）DHPCS-700、（b，e）DHPCS-800和（cf DHPCS-900的（A-C）SEM和（D-F）HRTEM图像

图3、DHPCS-700 DHPCS-800和DHPCS-900作为LIC的阴极在半电池配置中测试的电化学性能

图3、DHPCS-700 DHPCS-800和DHPCS-900作为LIC的阳极在半电池配置中测试的电化学性能

图5 、DHPCS-800/DHPCS-800的电化学性能

小结

综上所述，可持续的木质素衍生的DHPCs具有孔隙率和杂原子的特点，被证明可同时作为高容量阴极和功率支持阳极用于超高性能LICs。作者认为提出的多孔性工程和异原子定制的可持续木质素衍生的DHPCs制造策略，将为开发容量动力学匹配的碳电极作为"双高"LICs的阳极和阴极同时用于快速充电储能开辟一条新途径 。

文献：

https://doi.org/10.1002/eem2.12550