锌离子混合超级电容器 (ZHSC) 已成为一种安全高效储能的有前途的解决方案，兼具电池和超级电容器的优点。尽管具有这些优势，ZHSC 仍面临着碳阴极能量密度有限的挑战。碳材料储存电荷的能力主要取决于它们通过可逆吸附/解吸过程容纳锌离子的能力。大量研究集中在增加碳阴极的孔隙率以提高 ZHSC 的能量密度。 然而，高度多孔的结构通常会牺牲密度，限制体积电容和在紧凑型设备中的实际使用。实现重量和体积性能之间的平衡仍然是一项重大挑战，因此需要开发多孔但致密的碳材料。

近日，华南农业大学Yeru Liang提出了一种纳米限制碳化方法，精心设计了具有均衡孔隙率和密度的多孔碳阴极，实现了优异的重量和体积锌离子存储性能，同时分析了孔隙结构与电化学性能之间的关系，揭示了锌存储的最佳孔径范围。本研究旨在为开发具有重量和体积性能的 ZHCSs 铺平道路。

文章要点

1）纳米受限碳化有效抑制了碳质炭的膨胀，形成了致密的多孔碳。 通过调节二氧化硅的量，可以轻松调整所得碳材料的密度和孔结构。

2）当用作ZHSC中的正极时，典型的高密度多孔碳表现出高重量电容（452 F g^-1）和体积电容（353 F cm^-3）的特殊组合，以及卓越的倍率能力和循环稳定性，超越了传统的多孔碳和商用微孔碳。

3）对锌离子存储行为的深入了解表明，直径在1.2-5.5纳米范围内的孔被确定为锌离子存储的主要位置，而5.5纳米以上的孔对于快速离子扩散至关重要，有助于提高倍率性能。

这项研究强调了纳米受限碳化在设计高能量密度ZHSC碳正极方面的潜力。

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Jiacong Lu, et al, Nanoconfined Carbonization Enabling High-Density Porous Carbon for Jointly Superior Gravimetric and Volumetric Zinc-Ion Storage, Energy Environ. Sci., 2024

DOI: 10.1039/D4EE02163K