LICs）作為一種混合型儲能器件，兼具了鋰離子電池和超級電容器的儲能特點。LICs的負極材料為具有鋰離子電池儲能特點的電極材料，通過表面的電荷轉移過程和鋰離子的嵌入/脫出過程為LICs提供較高的能量密度。而LICs的正極材料為具有超級電容器儲能特點的電極材料，通過雙電層電容或贗電容的儲能形式為LICs提供較高的功率密度以及較長的循環壽命。然而，目前報道的LICs負極材料（如石墨、硅、過渡金屬化合物等）仍面臨著可逆容量低、倍率性能差或循環壽命短等問題。盡管通過引入介孔通道或設計復合結構可提高材料的儲鋰性能，但這些方法會大大提高材料合成難度及成本，限制其實際應用。另一方面，作為LICs正極材料的活性炭雖具有很高的比表面積，但是其比表面積大部分來自于孔道半封閉、無規則的微孔。在快速的充放電過程中，很難充分利用這些微孔比表面進行電荷儲存。尤其是在具有較大離子尺寸的有機電解質體系中，活性炭表現出了較差的能量和功率輸出。正負極材料的諸多問題，限制了鋰離子電容器的性能提高和實際應用。因此，仍需尋求低成本、高性能的新型鋰離子電容器電極材料。

【成果簡介】

近日，北京化工大學王峰教授帶領的團隊提出一種制備低成本、高性能鋰離子電容器電極材料的新策略。在該工作中，研究人員以低成本的生物質廢棄物羊骨為前驅體，在無任何外加活化劑及模板的條件下，通過簡單的熱處理直接得到具有高缺陷密度的介孔炭材料（HDMPC）。研究發現，羊骨中的羥基磷灰石在熱解過程中逐步釋放出水蒸氣和二氧化碳，進而對膠原基炭材料進行原位活化，得到了具有比表面積高、本征缺陷及雜原子誘導缺陷豐富的介孔炭材料。豐富的缺陷和獨特的孔結構賦予了HDMPC電容和電池的儲能特征。在半電池測試中，HDMPC作為正極和負極材料都表現出了優異的性能。以HDMPC作為正負材料的鋰離子電容器表現出了高的能量密度（106.4Whkg-1）和功率密度（88.8kWkg-1），以及優異的循環穩定性（循環8000次后仍具有88.3%的初始容量）。該成果以題為“Porouscarbonelectrodeswithbattery-capacitivestoragefeaturesforhighperformanceLi-ioncapacitors”發表在EnergyStorageMaterials上。

【總結】

研究人員以低成本的生物質廢棄物羊骨為前驅體，通過直接熱解法制備得到了高缺陷的介孔炭材料。豐富的缺陷及獨特的孔結構使得該材料兼具電池-電容的儲能特點，無論作為正極和負極材料都表現出了優異的性能。以該材料作為正負極的鋰離子電容器具有高的能量密度和功率密度，以及優異的循環穩定性。該工作不僅為多孔炭材料的制備提供了一種低成本、綠色高效的方法，也為高性能鋰離子電容器的組裝設計提供了新思路。