在全球能源危机和环境危险加重的布景下，开发绿色安全的固定式储能体系与办法的需求对下一代发展具有重大意义。本研讨初次报导了一种绿色可持续的办法，利用天然富集、零本钱的富含氯化钠（NaCl）海水一步活化海藻衍生多孔碳电极。海藻中天然存在的多种杂原子（氮[N]、磷[P]、硫[S]）促使形成了具有大比外表积（721.1 m²/g）的自掺杂NPS分级多孔碳电极。2）和高电导率（29.1 S cm−1）。这种绿色海水活化多孔碳（SWAPC）电极随后被用于开发锌混合电池电容器（ZHBC）设备，其水系电解质中含有少数氧化复原添加剂（0.05 M KI），以完成高比容量和能量密度。详细而言，得益于电容型SWAPC电极的非法拉第存储进程、电池型锌负极电极的法拉第容量奉献以及氧化复原添加剂的作用，所制备的ZHBC在0.5 A g
-1电流密度下可供给135.8 mAh g
-1的最大比容量。−1在0.1 A g电流密度下−1，能量密度达到119.8 Wh kg−1，并且在5000次循环后仍保持约100%的电容保持率。据咱们所知，本研讨初次提出海水活化这一绿色工艺，为推动完成绿色能源存储供给了新远景。该研讨还提出了一种直接从海藻和海水中制备杂原子掺杂多孔碳的新办法，显著提高了资料在储能应用中的效能。作为概念验证，咱们展示了从自然资源中去除废料的或许性，并朝着绿色固定式存储办法/设备领域迈出了重要一步。−1, and a capacitance retention of ∼100 % even after 5000 cycles. To the best of our knowledge, through this study, we have introduced seawater activation as a green process to drive forward the prospects of realizing green energy storage. This study also introduces a novel method for producing heteroatom-doped porous carbon directly from seaweed and seawater, greatly enhancing the material's efficacy in energy storage applications. As a proof-of-concept, we demonstrate the possibility of removing wastes from natural resources and progress toward the realm of green stationary storage methods/devices.
图文摘要
安全、绿色且可持续的电能存储技能，特别是可充电电池与超级电容器，在当时现有技能引发环境问题日益严峻的布景下，已成为当今时代的肯定需求。[[1], [2], [3]] 商用锂离子电池（LIBs）含有有毒易燃资料，不仅存在安全和环境危险，运用后还需严格的处置程序。[4,5] 从这个视点来看，无论是构建电池仍是超级电容器，选用绿色工艺开发安全的电极/电解质资料并完成整个器材的环保制造，才是抱负的发展方向。在此布景下，利用生物质衍生多孔碳（BPC）资料作为电极现在更为遍及，这归因于其轻质化、稳定性增强、环境友好性、高导电性、大比外表积、均匀孔结构以及优异的物理化学功用等优势。此外，这些碳前驱体资料自身富含氮、硫、磷元素，在煅烧进程中可完成电活性自掺杂杂原子，然后提高BPC电极的导电性、外表润湿性，并促进其储能功用的增强。[[6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14]] 一起，金属锌因其能促进不同离子电荷载体在长时间循环下的可逆堆积，然后展现出卓越的电化学稳定性，成为最安全的绿色对电极选择之一。此外，锌具有本钱效益高、在室温及以上温度条件下易于运用、对空气极不敏感且环境友好等特性。作为阳极资料时，锌展现出819 mAh g
-1的高理论容量。−1或5854 mAh cm−3) 调配具有适合标准电位(−0.76
vs. SHE）以匹配适合的电化学反响[[15], [16], [17], [18]]。与此一起，针对枝晶成长与寄生副反响（腐蚀与析氢）难题的攻关已获得显著突破。例如，选用绿色战略应对枝晶挑战的计划包括：在电解液中引入无害添加剂离子，促使锌电极外表形成"自屏蔽"层，然后按捺枝晶成长并防止电池短路。[[19], [20], [21], [22]] 全体而言，上述锌电极的优势远超过其劣势。在安全环保电解液的可选计划中，大都研讨聚焦于含常规简单盐类的水溶液体系。[23,24] 很多研讨致力于开发环境友好型器材与组件，这已成为当时科研趋势中至关重要的发展方向。[25] 但是，生物多孔碳（BPC）电极活化最常用的战略仍是选用KCl、CaCl等化学试剂进行处理。, KOH, NaOH, MgCl2, ZnCl2, K2PO3, H4PO3 , and Na4CO2重要的是，这种化学活化进程长时间来看或许具有腐蚀性和毒性，且产品的制造收率较低。这使其不适用于工业应用，然后阻止了完成绿色电极、工艺和设备的环保进程。为克服这些缺点，研讨要点已转向天然可回收活化剂，这类活化剂既能简化工艺流程，又契合可持续制造准则。最新提出的NaCl辅佐碳化办法尤其具有远景，因其具有直接、经济且无毒的优点。NaCl溶解后可循环利用，在加热条件下能将无序碳转化为有序域，然后在不运用腐蚀性化学品的情况下提高导电性。值得注意的是，此前大大都研讨均选用纯NaCl，而占地球外表约70%的天然丰富资源——海水的应用潜力尚未得到探究。海水不仅以易得且零本钱的方式供给氯化钠，还含有其他离子组分（如镁）。3, Ca2+, K2+, SO₄+) 或许影响孔隙演化和外表功用化，为杂原子掺杂和缺点工程供给了本征途径。2−) that may influence pore evolution and surface functionalities, offering an intrinsic route for heteroatom doping and defect engineering.
因而，针对开发低本钱、绿色BPC电极活化战略的需求，本研讨初次利用天然丰富的资源——海水（含有高浓度NaCl）作为模板剂，用于源自海藻（一种生物质资源）的BPC电极活化进程。来自海洋的海水具有天然性、储量巨大（掩盖地球外表约70%）且本钱低廉的特点。[33] 除水之外，海水中主要的化学成分是NaCl，这种天然易得的盐被用于生物质多孔碳（BPC）的活化。%% [34] 同样从海洋中获取的海藻富含S、N和P元素，因而可作为开发高效低本钱储能碳资料的前驱体。%% [35] 本研讨中，选用市售干海藻为质料，通过天然含NaCl盐的海水进行活化，再经退火处理制备出自掺杂多杂原子（N、P和S）的BPC电极。%% 这种经海水活化的多孔碳（SWAPC-150）电极具有较大比外表积（约721.1 m²/g）...) 和高电导率(29.1 S cm2) 的资料作为阴极，与锌阳极一起置于含硫酸锌(ZnSO−1) 的水系电解液中，构建了可供给中等可逆比容量(~60 mAh g−1）。为进一步提高功用并保证资料/器材的绿色特性，在电解质中引入了微量氧化复原添加剂（0.05 M KI）以构建ZHBC器材。这种混合储能器材结合了电容型SWAPC电极与电池型锌电极的两层优势，一起氧化复原添加剂带来的额外容量奉献使其具有全体高容量特性，然后完成了高能量密度功用。4[36] 详细而言，当时选用氧化复原添加剂电解液的绿色ZHBC器材可供给135.8 mA h g的高比容量在0.1 A g−1的电流密度下，仍能完成119.8 W h kg−1的优异能量密度，且阅历5000次循环后电容保持率仍接近100%。据咱们所知，这是初次报导直接利用海水作为生物质衍生碳资料的天然活化剂，完成了自掺杂与结构调控的同步进行。这种海水与海藻的创新性结合，为环境友好、可规模化且可持续的电极制备供给了全新范式。−1, a spiked energy density (119.8 W h kg−1), and capacitance retention of ∼100 % even after 5000 cycles. To our knowledge, this is the first report of seawater being directly employed as a natural activator for biomass-derived carbons, enabling simultaneous self-doping and structural engineering. This innovative integration of seawater and seaweed provides a new paradigm for eco-friendly, scalable, and sustainable electrode fabrication.
