近日，我院侯宝华副教授和邵国胜教授在材料学科国际顶级期刊《Energy & Environmental Science》上发表了题为“Targeted Design Strategies for Highly Activated Carbon Cloth Cathode/Anode to Construct Flexible and Cuttable Sodium Ion Capacitors with All-Woven-Structure”的研究论文，郑州大学材料科学与工程学院为第一单位。
近年来，柔性电子设备吸引了越来越多的关注，如可弯曲显示器、可穿戴传感器、腕带、手表甚至手机等。柔性、可弯曲化将成为未来科技领域的重要增长点。因此，对高性能柔性储能设备的需求极为迫切。碳布（CC）具有较高的机械强度、良好的导电性和稳定的化学性质，是构建柔性储能器件中柔性电极最常用的柔性基体材料之一。然而，商用碳布（CCC）存在价格高、重量/体积大、电化学活性差等问题，严重影响了柔性储能设备的能量/功率密度，阻碍了其实际应用。遗憾的是，目前对储能用碳布电极的结构设计策略和构效关系还缺乏针对性研究，设计出低成本、高电化学活性的柔性碳布正/负极仍面临巨大挑战。
图1 低成本、高活性碳布正/负极的针对性设计策略及柔性可裁剪钠离子电容器的构筑
针对以上关键问题，该研究以低成本、可再生的棉布为唯一原材料，通过针对性的策略，分别设计构筑了具有高储能活性的多孔碳布（PCC）正极和硬碳碳布（HCC）负极。其中，PCC 的全微孔结构确保了完整的自支撑结构、大比表面积和基于 PF6- 的高性能；具有局部石墨纳米畴的无孔HCC可提供与电容器相媲美的高效钠存储，并具有更好的柔性。因此，在钠离子电容器（SIC）体系的半/全电池中，PCC正极和HCC负极都实现了高可逆容量、出色的倍率性能和超长的循环寿命。更重要的是，该研究利用 PCC正极、HCC负极和棉布隔膜成功组装了柔性全布钠离子电容器（ACSIC），基于全编织结构，其即使在弯曲和裁剪条件下也能提供稳定的能量输出。该研究提出的碳布电极结构设计策略以及开展的构效关系和充放电机理研究为开发具有低成本、高储能活性的碳布基电极提供了建设性意见。
该研究得到了国家自然科学基金、河南省面上基金、博士后特别资助和博士后面上等基金的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1039/D4EE02578D
《Energy & Environmental Science》是能源与环境领域的国际顶级学术期刊，旨在发表与能源转换和储存、替代燃料技术和环境科学相关的重要和高质量的研究，解决全球和社会的关键挑战。2024年影响因子32.4，为中国科学院1区（材料科学大类）TOP期刊。
