锌离子混合电容器（ZIHCs）的实际应用受限于离子/电子转移动力学不足及碳阴极结构不稳定。为解决这些难题，本文，太原科技大学张晓华 副教授等研究人员在《Electrochimica Acta》期刊发表名为“Mechanochemical Synthesis of Porous Graphitic Carbon for Zinc-ion Hybrid Capacitors”的论文，研究采用单宁酸作为碳源、含铁盐作为催化石墨化剂，通过球磨机械化学法开发出氧掺杂多孔石墨化碳材料。优化的PGC-K3Fe阴极呈现蜂窝状多孔结构，具有超高比表面积（1744 m2 g−1）、丰富的离子可及微孔、高石墨化度（IG/ID=1.03）及适宜的氧掺杂量（10.2 at.%）。
这些特性赋予了 PGC-K3Fe 相互连接的电子传输通道和丰富的电活性位点，从而改善了 Zn2+ 的吸附动力学。由此，采用PGC-K3Fe阴极组装的锌离子高容量电池在0.5 A g-1条件下展现出216 mA h g-1的高比容量，并具备卓越的循环稳定性——在2 M ZnSO4电解液中以5 A g-1充放电10000次后仍保持94%的容量。此外，该电池在412 W kg−1的功率密度下实现了175.2 W h kg−1的卓越能量密度。更值得一提的是，采用PGC-K3Fe组装的固态Zn-ion hybrid carbon材料在保持优异机械柔韧性的同时展现出卓越的电化学性能。本研究证明了机械化学法在合成多孔石墨化碳材料方面的潜力，这类材料在能源转换与存储领域具有广阔的应用前景。
图1. PGC-K₃Fe的无溶剂机械化学合成路径。
图2. (a) PGC-K₃Fe, (b) PGC-K₂Fe, 和 (c) PGC-Fe的SEM图像。
图3. (a) PGC-K₃Fe的TEM图像, (b) PGC-K₃Fe的高分辨率TEM图像, 以及 (c) PGC-K₃Fe中C和O元素的元素分布图。
图4. (a) 基于PGC的水系锌离子混合电容器示意图, (b) 10 mV s⁻¹下的CV曲线, (c) 倍率性能, (d) 基于PGC-K₃Fe, PGC-K₂Fe和PGC-Fe的ZIHC器件的GCD曲线。
图5. (a) PGC-K₃Fe, PGC-K₂Fe, PGC-Fe及其他已报道的碳基ZIHC的Ragone图, 以及 (b) 本工作中所有所得样品性能对比的雷达图。
图6. (a) 组装的基于PGC-K₃Fe的水系ZIHC在5 A g⁻¹下循环10000次的循环稳定性和库伦效率, (b) 循环10000次前后的奈奎斯特图, (c) 长期循环后的锌阳极和 (d) 碳阴极的SEM图像。
图7. 基于PGC-K₃Fe的柔性固态ZIHC: (a) 结构示意图, (b) 不同电流密度下的倍率性能, (c) 在不同弯曲角度下测得的10 mV s⁻¹下的CV曲线, (d) 与其他已报道的碳基柔性ZIHC相比的Ragone图, (e) 在1 A g⁻¹下循环1000次的长期循环性能, 以及 (f) 循环1000次前后的奈奎斯特图。为克服碳材料中离子/电子转移动力学迟缓及结构不稳定的难题，通过绿色高效的机械化学法成功制备了蜂窝状分级多孔石墨化碳材料。高能球磨工艺既促进了K₃[Fe(C₂O₄)₃]的均匀分散，又实现了Fe³⁺与鞣酸中儿茶酚基团的配位结合。碳化后的PGC-K3Fe展现出大比表面积、优化的孔径分布（微孔/介孔）、优良的电子导电性及适度的氧掺杂量。这种精心设计的结构协同实现了高效的Zn²⁺储存与快速的离子/电子传输动力学。
该结构优势直接赋予水系Zn-Fe离子液态电池卓越的电化学性能：在0.5 A g⁻¹电流密度下实现216 mA h g⁻¹的优异比容量，经10000次循环后容量保持率达94%，循环稳定性优异。同时在412 W kg⁻¹功率密度下，能量密度达175.2 W h kg⁻¹。此外，柔性固态ZIHCs展现出160 W h kg−1的卓越能量密度与优异的机械柔韧性。这项工作不仅推动了ZIHCs高性能碳正极的设计，更开创了生物质衍生物多孔石墨材料无溶剂力化学合成的新范式。
原文：https://doi.org/10.1016/j.electacta.2025.147582
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2026第2届（西部）钠电正负极材料与钠电场景应用技术会议 同期举办:中国新能源碳材料技术论坛，定于2026年7月9-10日在成都召开，本次会议将邀请钠电行业的知名专家、学者和企业代表，围绕钠电正极/硬炭负极材料与钠电场景最新研究成果及应用作专题报告，促进钠离子电池领域产学研合作，进行深入交流探讨。同期举办:中国新能源碳材料技术论坛，将在硅碳/硬碳/多孔碳/石墨/碳纳米管/石墨烯等新能源电池材料用碳材料方面，邀请行业知名专家学者和企业代表做最新技术与应用方面探讨。钠电正极/应用专场：
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