超级电容器作为一种高效、清洁的电化学储能器件，由于其超高功率密度、快速充放电能力、超长循环寿命，在辅助性应急电源、大功率电源、新能源电动车启停电源、能量回收系统以及智能电网等方面得到了广泛应用。其中，水系超级电容器具有设备结构简单、实用安全性高等优势，但由于水热力学稳定性差导致其电压窗口窄、能量密度低，限制了其实际应用。

近期，学院杨超副教授课题组提出了一种基于β型酞菁锌（β-ZnPc）正极的柔性锌离子混合型超级电容器。如图1所示，ZnPc是通过甲醇钠催化和超声波辅助下的环化反应制备的。ZnPc在300 °C退火后，发现从α-ZnPc到β-ZnPc的结构转变，这可能是由于相邻ZnPc分子层之间的短程相互作用所致。与α-ZnPc相比，β-ZnPc具有更高的比电容和更好的倍率性能，归因于其更高的比表面积和更丰富的孔结构。利用第一性原理计算了ZnPc的差分电荷密度以及对Zn²⁺的吸附能，发现不饱和氮作为活性位点对Zn²⁺的吸附/解吸过程具有重要作用。该柔性锌离子混合型超级电容器可提供86.2 Wh kg⁻¹的能量密度，在经过10万次循环后仍能保持73.4%的比电容，为开发高能量、长寿命的锌离子混合型超级电容器开辟了新途径（Chemical Engineering Journal, 2023, 468, 143875.）。

图1 β-ZnPc的合成与表征

此外，采用吡咯泡沫模板聚合以及后续碳化过程，制备了一种Ni₃S₂/Ni₂O₃@N-CNA复合电极材料，用作双离子混合型超级电容器的正极。采用不同正极液和负极液的解耦电解质策略，基于Ni₃S₂/Ni₂O₃@N-CNA正极的Li⁺吸附/解吸过程和Zn负极的Zn²⁺剥离/Zn沉积过程，该混合型超级电容器表现出宽电压窗口（0.4-1.8 V）、高能量密度（64.2 Wh kg^-1）的特性。第一性原理计算表明，Ni₃S₂/Ni₂O₃异质结可以促进水合Li⁺的去水化过程，有利于提升赝电容性能。该解耦电解质策略，为获得高能量密度的水系锌离子混合型超级电容器提供了新思路（Journal of Colloid and Interface Science, 2024, 654, 709-718.）。

在钠离子电容器的研究上，提出了一种缺陷工程策略，通过Na、V共掺杂BiFeO₃（NV-BFO）来提高钠离子电容器的性能。XPS和EPR表明，Na掺杂促进氧空位的形成，V掺杂抑制氧空位的形成。第一性原理计算表明，氧空位和V离子通过空间和电场效应显著降低Na⁺扩散势垒，有效促进晶体中Na⁺的输运。NV-BFO//NV-BFO电容器的电化学动力学分析表明，电容控制的容量归因于NV-BFO电极快速的Na⁺脱嵌-嵌入过程。这种Na、V共掺杂BiFeO₃实现缺陷工程的新策略，揭示了Na、V共掺杂对氧空位缺陷以及钠离子输运的影响，为开发高性能钠离子电容器开辟了新途径（Journal of Energy Chemistry, 2024, 90, 453-463.）。

供稿审核：刘广强

编辑审核：王文志

终审：满忠晓