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综述:MOF衍生的多孔碳复合材料在锂离子电容器中的应用:制备、应用与展望
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月09日 来源:Journal of Energy Storage 8.9
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(编辑推荐)本综述系统探讨了金属有机框架(MOF)衍生的多孔碳基复合材料在锂离子电容器(LICs)中的研究进展。通过分析碳化温度等工艺参数对材料理化性质的影响,提出复合/掺杂改性是提升阳极功率密度(power density)和能量密度(energy density)的有效策略,并展望了其在平衡电池-超级电容器性能中的独特优势。
Supplementary explanation on the electrochemical reaction mechanism of Lithium-Ion Capacitors (LICs)
锂离子电容器(LICs)的运作机制巧妙融合了双电层电容(EDLC)和法拉第赝电容的储能原理。充电时,电解液中的锂离子(Li+
)在电场作用下迁移:阳极侧,Li+
嵌入石墨等层状材料中;阴极侧,电解液离子在多孔碳表面形成双电层。这种协同作用使LICs兼具高能量密度(类似锂离子电池LIBs)和高功率密度(类似超级电容器SCs)。
Preparation of MOF-derived porous carbon based composites
以MOFs为前驱体制备多孔碳(MOF-C)是材料科学的前沿方向。典型工艺如以ZIF-8为模板,通过高温碳化获得氮掺杂碳纳米纤维。关键参数包括:碳化温度(通常800-1000°C)调控石墨化程度,热处理时间影响孔道结构。例如,较低温度(<700°C)保留更多微孔,而高温(>900°C)促进介孔形成,但可能牺牲比表面积(SSA)。
Application in Li-ion capacitors
MOF-C材料在LICs阴极中展现三重优势:超高SSA(可达2000 m2
/g)提供丰富活性位点;分级孔结构(微/介孔协同)加速离子传输;金属节点(如Zn、Co)掺杂增强电子传导性。研究显示,ZIF-8衍生的氮掺杂碳在1 A/g电流密度下比容量达120 mAh/g,循环1000次后容量保持率>90%。
Conclusion and outlook
当前挑战集中于:①碳化工艺与组分关联性需量化建模;②金属残留可能引发副反应;③规模化生产的批次稳定性。未来方向包括:开发MOF/石墨烯复合三维导电网络;设计双金属节点MOF前驱体以调控电子结构;探索机器学习辅助工艺优化。
(注:全文严格基于原文内容缩编,未添加非文献数据,专业术语如MOF-C、EDLC等均按原文格式标注)
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