与其他微型超级电容器和微型电池相比，锂离子微型电容器(LIMCs)具有同时具有高能量/功率密度和长循环寿命的竞争优势。然而，这些性能显着决定于碳阳极的快速锂离子储存动力学。本文提出了一种从碳键水平出发，在典型多孔芳烃骨架-5 (PAF-5)的前驱体侧面进行设计的策略，并且与热解后的结构相结合，可以协同平衡衍生碳的 sp²/sp³结构域比、层间距和孔结构。PAF-5具有继承的 sp²结构域和多孔结构，使得衍生炭具有高的电子输运能力和快速的 Li + 吸附能力。同时，发达的 sp³结构域和扩大的层间距也使得 Li + 插层贡献丰富和快速，产生了优良的速率性能(141.9 mAh g^-1,4 A g^-1) ，是商业石墨阳极的13倍。基于这种碳阳极制备了一种柔性的 LIMC，同时获得了高能量/功率密度(71.1 mWha cm^-3/1.9 W cm^-3)、长循环寿命(6000次循环后94.7%)和柔性，证明了设计的 PAFs 作为高性能 Li + 储存的修饰碳阳极前驱体的可行性。

 
图1. PAF-5衍生碳阳极用于低成本集成电路的示意图。A) PAF-5前驱体及其热解。B) PAF-5衍生的低成本集成电路用碳阳极及锂离子储存机制。

 
图2. PAF-5衍生碳的结构演化与表征。a) PAF-5在不同温度下热解后的原位FTIR光谱。b) 1200碳的典型SEM图像。c) PAF-5及其衍生碳的XPS c1s光谱，以及相应的TEM图像(插图)。D) sp2/sp3比值随热解温度的变化规律。e)衍生碳的SSA和孔径分布随热解温度的变化规律。f)典型碳的内在特征相关性。

 
图3. PAF-5衍生炭在半电池中的锂离子储存性能。a)与商业石墨阳极相比的速率性能。B)循环性能。c)锂离子扩散系数(D_{Li +})作为放电过程中典型电压点的函数。d-f)碳阳极的典型 CV 和 GCD 曲线。g)随着裂解温度的升高，碳结构演变和锂离子储存机理的示意图。

  
图4. 柔性 LIMC 的装配与性能评价。A，b)喷印交指电极图案的数字图像。交指电极的SEM 图像: c)俯视图，d)阴极和 e)阳极的侧视图，f)阴极和 g)阳极。H)低浓度集成电路的离子和电子传输示意图。

 
图5. 低成本集成电路的电化学性能。A)低压集成电路装配示意图。B)低成本集成电路石化前的数字图像。C)未经预岩化的低成本集成电路的 GCD 图谱。D)具有预岩化作用的中低成本集成电路的 GCD 图谱。E)低成本中型企业的 GCD 概况。F)中小型企业系列的政府采购合约概况。G)不同角度弯曲的低强度集成电路(LIMC)的 GCD 剖面。H)低成本集成电路的循环性能，插图: 由低成本集成电路供电的 LED 的数字图像。I)我们的 LIMCs 的 Ragone 图与文献中的结果进行比较。
 
      相关科研成果由东北师范大学Guangshan Zhu, Yuyang Tian河北工业大学Gongkai Wang等人于2024年发表在Advanced Functional Materials（https://doi.org/10.1002/adfm.202300460）上。原文：Fast Kinetic Carbon Anode Inherited and Developed from Architectural Designed Porous Aromatic Framework for Flexible Lithium Ion Micro Capacitors
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202300460

转自《石墨烯研究》公众号