ZnS/活性炭协同增效构建高性能非对称超级电容器的电化学性能研究

为应对储能需求增长与化石能源环境问题，研究人员通过简单沉淀法和热解法制备ZnS/活性炭(AC)复合电极，构建1Z3A//AC非对称超级电容器。该器件在1 A g?1下展现371.5 F g?1比电容、68.3 Wh kg?1能量密度及81.4%循环稳定性，突破传统超级电容器(SCs)低能量密度瓶颈，为低成本商业化储能系统提供新策略。

　　

随着全球能源需求激增和化石燃料导致的温室效应加剧，开发高效储能系统成为解决能源危机的关键。超级电容器(SCs)因功率密度高、循环寿命长等优势备受关注，但其能量密度远低于商用电池，限制其在长期储能中的应用。传统SCs材料如活性炭(AC)仅依赖双电层储能(EDLC)，而过渡金属硫化物(ZnS)虽具赝电容特性，但存在成本高、制备复杂等问题。如何通过材料协同效应实现高性能、低成本的SCs成为研究热点。

泰国科研团队在《Journal of Electroanalytical Chemistry》发表研究，采用化学沉淀法制备ZnS颗粒，结合糖蜜热解衍生的AC，构建ZnS/AC复合电极。通过调控ZnS与AC比例(1Z3A)，开发出工作电压达1.9 V的非对称器件1Z3A//AC。关键技术包括：化学沉淀法合成ZnS、糖蜜碳质前驱体热解制备AC、三电极体系测试电化学性能、组装纽扣型非对称器件等。

合成与表征
SEM-EDS证实ZnS颗粒由Zn(48.33%)和S(51.67%)均匀组成，XRD显示其立方闪锌矿结构。AC经BET测试呈现1120 m² g^?1高比表面积，与ZnS复合后形成多孔导电网络。

电化学性能
1Z3A电极在1 A g^?1下比电容达371.5 F g^?1，优于纯ZnS(198.7 F g^?1)和AC(210.4 F g^?1)。非对称器件能量密度(68.3 Wh kg^?1)接近锂电池水平，且在-20~60°C宽温域保持性能稳定。

结论与意义
该研究通过ZnS赝电容与AC双电层储能的协同效应，突破SCs能量密度限制。糖蜜衍生AC的低成本特性与简单制备工艺，为规模化生产提供可能。未来可拓展至柔性储能设备与智能电网领域，推动可再生能源存储技术发展。