文 章 信 息
第一作者：陈归
通讯作者：郑明涛*，胡航*
单位：华南农业大学
研 究 背 景
在全球范围内，对于清洁能源和高效能量存储技术的需求日益增长，以应对化石燃料依赖带来的环境和资源问题。超级电容器（SCs）和锌离子混合电容器（ZIHCs）作为应对这一挑战的关键技术设备，因其高功率密度和长使用寿命而备受关注。然而，这些设备在提高能量密度和循环性能方面仍面临挑战，特别是在寻找可持续和高性能的电极材料上。
针对这些问题，本文提出了将医疗废棉转化为高性能多孔碳材料的方法。通过特定的化学处理和碳化过程，研究团队成功制备了具有超高比表面积和优异电化学性能的碳材料，这些材料在超级电容器和ZIHCs中展示了卓越的性能。这一研究不仅为能量存储材料与器件的发展开辟了有效的途径，也为脱脂棉等医疗废弃物的处理和高值化利用提供了新的思路与机会。
图 文 分 析
图1. 从医疗废弃物脱脂棉制备的纤维状多孔碳以及基于 PC-NaOH/Na2SO3-7电极材料的ZIHCs和EDLC设备示意图。
图2. a) N2吸附/脱附等温线，b) DFT孔径分布曲线，c)所有样品比表面对比图。
图3. 以6.0 M氢氧化钾作为电解质的三电极体系中的电化学性能。a) CV 曲线，b) GCD曲线，c) 倍率性能曲线，d) Nyquist阻抗谱图，e）PC-NaOH/Na2SO3-7在不同扫描速率下的CV 曲线，f) PC-NaOH/Na2SO3-7在不同电流密度大小的GCD曲线。
图4. 以6.0 M氢氧化钾作为电解质的二电极体系中的电化学性能。a) CV 曲线，b）不同扫速的CV 曲线，c) 不同电流密度大小的GCD曲线，d) 倍率性能曲线，e) 10 A g-1循环性能 f) Ragon图。
图5. 由多孔碳阴极和锌阳极在2 M硫酸锌电解质中组装的锌离子电容器的电化学性能。a) CV 曲线，b）倍率性能，c) Nyquist阻抗谱图，d) 不同扫速的CV 曲线，e) b值，f) 不同扫速下的电容贡献率，g) 200 mV s-1 的电容贡献率，h) 7 A g-1循环性能 i) Ragon图。
文 章 要 点
要点1：变废为宝
为脱脂棉等医疗废弃物提供了新的高值化利用用途。通过NaOH和Na2SO3混合溶液关键作用是利用亲核亚硫酸盐（SO32⁻）在碱性溶液显著有助于木质素的磺化，从而促进其去除，并导致产生大量的空隙。这一过程增强了预处理棉花的均匀性，随后进行标准的碳化和活化，郑教授研究团队成功地将医疗废弃物脱脂棉转化为纤维状多孔碳。PC-NaOH/Na2SO3-7拥有超高的比表面积，高达3384 m2 g-1，微孔面积更是高达2890 m2 g-1；这种材料为能源存储带来了新的可能。
要点2：超级电容器的超级储能
以PC-NaOH/Na2SO3-7作为超级电容器电极材料。在6 M KOH电解液的三电极系统中展示了超高的比电容——505.5 F g-1 (0.5 A g-1)。为了贴合实际应用，当组装成对称超级电容器时，它们在0.5 A g-1时展示了403.84 F g-1的比电容，20 A g-1可提供294.95 F g-1的比电容，容量保持率高达73.03%，可提供16.78 Wh Kg-1的能量密度，以10 A g-1大电流下进行超长循环300,000个循环后，容量保持率高达82.66%。
要点3：锌离子电容器的超级储能
以PC-NaOH/Na2SO3-7作为锌离子电容器电极材料。在2 M ZnSO4电解液中可提供128.62 Wh kg-1能量密度和可提供16000 W kg-1的能量密度；且在7 A g-1下经过长循环120,000个循环后容量保持率高达99.3%。这显示了其作为高效率、长周期能源存储解决方案的潜力。
要点4：研究的意义与未来展望
这项研究不仅开辟了医疗废棉回收利用的新途径，促进了废物的有效转化，同时也为可持续能源存储技术的发展提供了新的视角，展现了循环经济原则在废弃物管理和能源技术结合方面的实践潜力，预示着未来在此领域更多创新成果的涌现。
通 讯 作 者 简 介
郑明涛简介：华南农业大学材料与能源学院副教授，硕士生导师。现任华南农业大学材料与能源学院院长助理，岭南现代农业科学与技术广东省实验室茂名分中心主任助理兼办公室主任，中国化学会会员，广东省“千百十工程”第七批培养对象。2016年-2017年获国家公派赴美国康涅狄格大学材料科学研究所从事访学研究。长期从事储能材料与器件、碳纳米材料制备与应用、农业废弃生物质资源化与能源化利用、岭南特色作物营养品质调控等领域研究。近年来主持国家自然科学基金2项，广东省重点领域研发计划项目1项，广东省自然科学基金1项，广州市重点研发计划项目1项，参与国家自然科学基金6项，获广东省自然科学奖二等奖1项（排名第二）、广东省科技进步奖二等奖1项（排名第六）。
迄今为止在Nature Communications、Advanced Materials、Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials & Interfaces、Chemical Engineering Journal、ChemSusChem、Carbon、Journal of Power Sources、Nanoscale、Electrochimica Acta、The Journal of Physical Chemistry C、Inorganic Chemistry等国际学术期刊发表研究论文180余篇，H-index为45，他引次数7500余次。长期担任ACS Nano、Journal of Materials Chemistry A、Nanoscale、ChemSusChem、Carbon、Journal of Power Sources、ACS Applied Materials & Interfaces、Chemical Engineering Journal、Electrochimica Acta等国际著名学术期刊审稿人。
胡航简介：获国家公派前往美国德克萨斯州立大学化学与生化系交流访问；在华南师范大学从事博士后研究；后进入华南农业大学大学并加入生物碳与光学农业科研团队。长期从事燃料电池、锂离子电池、超级电容器关键材料研究，包括氧化物纳米材料、碳纳米材料、高分子材料等 。主持完成省级科研项目2项，以第一作者及通讯作者身份发表SCI论文7篇，合作发表SCI论文10多篇，获授权发明专利3件。
文 章 链 接
Gui Chen, Binxiong Lu, Jiabin Li, Caijuan Wu, Yong Xiao, Hanwu Dong, Yeru Liang, Yingliang Liu, Hang Hu a*, Mingtao Zheng*. Regulating medical wasted cotton into porous carbons for high-performance supercapacitors and zinc-ion hybrid capacitors.
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.234146
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