引入赝电容行为和离子混合电容器技术被认为是提高超级电容器能量密度的有效手段。然而，目前关于离子混合电容器的研究只考虑了电化学过程中阳离子的反应，导致对其机理的认识存在缺陷。

近日，香港城市大学支春义教授，Biao Gao报道了采用锡作为锌离子电容器的正极材料，采用硫酸锌（ZnSO₄）、醋酸锌（ZnAc₂）和氯化锌（ZnCl₂）三种不同的水溶液，详细研究了不同阴离子载体对氮化钛基锌离子电容器（Zn-TiN电容器）电化学行为的影响。

文章要点

1）研究人员采用氨气还原二氧化钛纳米纤维的方法制备了TiN纳米纤维，扫描电子显微镜（SEM）图像显示，TiN由多个纳米纤维团簇相互交织而成的三维网状结构组成。纳米纤维的平均直径为100~200 nm，长度约为1μm。由于TiN具有良好的导电性，这种相互连接的网络结构大大提高了电极材料的电子传输速率。此外，透射电子显微镜（TEM）图像显示纳米纤维由大量的纳米颗粒组成，这有利于电解质的渗透。这种多孔结构可以提供大量的活性中心，有利于离子在TiN材料表面的吸附。

2）用密度泛函理论计算了SO₄^2-、Ac^-和Cl^-三种不同阴离子在TiN材料上的吸附能差和吸附位置，验证了阴离子对插层赝电容材料电化学过程的影响。结果表明，TiN-SO₄结构在吸附过程中最稳定，SO₄^2-负吸附能最大，为-6.3942 eV。由于SO₄^2-离子参与了充放电过程，构成了两步吸附和插层储能机制，采用ZnSO4电解质的Zn-TiN具有最高的电容和最佳的抗自放电性能。

3）结果显示，由于TiN材料优异的导电性和在电化学过程中引入适当的阴离子，Zn-TiN电容器在10000次循环后以1 A g^-1的倍率下，容量为314.5 F g^-1，即使在6.4 A g^-1的超高电流密度下，容量仍可保持172.6 F g^-1。此外， Zn-TiN电容器具有优异的抗自放电性能，在静置500 h后仍保持83.92%的容量。

Zhaodong Huang, et al, Effects of anion carriers on capacitance and self-discharge behaviors of zinc ion capacitor, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202012202

https://doi.org/10.1002/anie.202012202