松木衍生碳作为自支撑阴极和集流体在静态锌碘电池中的创新应用研究

针对静态锌碘电池(ZIBs)中传统集流体对容量贡献不足的问题，浙江大学团队创新性地采用松木衍生碳(PWC)作为自支撑阴极集流体。研究表明，PWC的直通道结构促进电解液渗透和离子交换，使比容量达0.14 mAh cm?2 (1 mA cm?2 )，较传统材料提升2.3倍；其表面C-OH键催化碘氧化还原反应，组装的活性炭阴极容量达0.62 mAh cm?2 。该研究为生物质碳在电化学储能器件中的应用提供了新思路。

　　

随着全球对清洁能源需求的增长，静态锌碘电池(ZIBs)因其高理论容量、环境友好和安全性成为研究热点。然而传统集流体如钛箔、碳布(CC)等仅起导电作用，对容量贡献微乎其微。更棘手的是，碘的溶解/穿梭效应和阴极材料吸附能力不足严重制约电池性能。如何通过材料创新同时解决集流体功能单一和碘反应动力学缓慢的问题，成为该领域的关键瓶颈。

浙江农林大学联合浙江大学的研究团队独辟蹊径，将目光投向具有天然多孔结构的生物质材料。通过高温碳化松木制备的自支撑松木衍生碳(PWC)，不仅保留了木材原有的直通道结构(直径10-40 μm)，其表面丰富的C-OH键更成为催化碘物种氧化还原的活性位点。研究发现，PWC作为阴极时，独特的通道结构像"高速公路"般加速电解液渗透，使比容量达到0.14 mAh cm^?2
(1 mA cm^?2
)，是传统集流体的2.3倍。更令人惊喜的是，PWC表面会沉积类电解质固体盐形成保护层，将库仑效率提升至接近100%。

研究采用真空浸渍法制备PWC，通过SEM、XPS等技术表征其形貌和化学组成，并组装CR2032纽扣电池测试电化学性能。对比实验显示，以PWC为集流体的活性炭阴极在2 mA cm^?2
下容量达0.62 mAh cm^?2
，远超商用碳纸(CP)基阴极。

【Preparation of self-supported wood-derived carbon materials】
通过定向切割松木并高温碳化获得PWC，其直通道结构经盐酸处理和真空脱气后更加洁净，为后续性能测试奠定基础。

【Morphology and performance of PWC as a cathode】
SEM显示PWC保留10-40 μm直通道，XPS证实表面存在C-OH键。电化学测试表明，这种结构促进I₃
^–
/I^–
氧化还原反应，且沉积的ZnI₂
盐层能抑制副反应。

【Conclusions】
PWC的双重角色(既是活性材料又是集流体)突破传统设计局限，其生物质来源和优异性能为便携式储能设备提供新选择。该成果发表于《Bioresource Technology》，为生物质碳在电化学领域的应用开辟新途径。

这项研究的创新性在于：首次系统论证木材衍生碳在ZIBs中"一体双效"的作用机制——既作为集流体降低界面阻抗，又通过表面化学特性参与储能反应。特别值得注意的是，PWC促进形成的固态电解质界面(SEI)类似物，为解决碘穿梭效应提供了全新思路。团队负责人Yajun Pang指出，这种"源于自然，优于人工"的设计策略，对未来开发低成本、高性能储能器件具有重要启示意义。