随着可持续和可再生能源的快速发展，超级电容器(SCs)已经被公认为未来电力系统的一个组成部分，因为它们的高功率特性，快速充放电能力，使用寿命长，安全可靠。碳纳米材料、活性炭在商业市场上仍占主导地位。然而,目前基于活性炭的常用SCs能量密度(<10wh·kg1 )和稳定性仍不尽如人意。为了实际应用，人们迫切希望探索具有更高比电容，而不牺牲功率的长循环稳定的碳材料。人们普遍认为具有大比表面积以及相联的大孔/中孔/微孔分级结构的碳材料能够促进传质和位点暴露，从而在高充放电电流下实现大电容。
到目前为止，为了实现理想的多孔结构，硬质模板(如MgO、ZnO和SiO2)和物理(如CO2和蒸汽)和化学活化(如H3PO4、H2SO4、ZnCl2和KOH)已成为了普遍要求。尽管他们能够形成足够的孔道，但是存在着能耗/时间高、工艺复杂、成品率低、环境危害大等固有缺陷。软模板为合成具有可控孔结构的多孔碳提供了一种更简单、更高效、更低污染的策略。因此，应用表面活性剂是关键，不仅能完全转化为碳，而且扩散限制大，电导率低。
湖南大学陈鼎教授、宁波工程学院杨为佑院士、Qiao Liu等人在PNAS发文High energy density and extremely stable supercapacitors based on carbon aerogels with 100% capacitance retention up to 65,000 cycles，实现了超长循环稳定的超级电容器。
在本工作中，作者开发了一种简便和可持续的方法，用于制备分层多孔碳气凝胶，该方法基于细菌纤维素(BC)的碳化，并辅以Zn-1,3,5-苯三甲酸(Zn-BTC)为软模板。无粘结剂电极在宽电压范围内（1.2 V）实现了在1 A g-1的电流下的352 F g-1的电容，远高于细菌纤维素衍生碳(178F g-1)和大多数活性炭(小于 250 F g-1)，所组装的超级电容器在1 A g-1电流下实现了电容297 F g-1，在0.6 kW kg-1下能量密度为14.83 Wh kg-1，在6A g-1下循环，65000次循环之后，电容仍能保持100%。
这种材料展现出了相对于最先进的商用活性炭超级电容器和生物质衍生类似物的优越储能性能。
图文详情
图1. 材料合成与SEM
合成过程：2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)用于氧化BC，为均匀分散的纤维素纳米纤维(TOCN)提供高密度羧基。因此，合成的纤维素纳米纤维可以与BC纳米纤维上Zn-BTC中的Zn2+离子有很强的亲和力，然后在碳化过程中气化/蒸发蚀刻，在BC纳米纤维中产生丰富的缺陷和丰富的微孔和介孔。所制造的碳气凝胶具有预期的分级多孔结构，基本上没有任何引入的金属/非金属杂原子，增加了微孔，大的比表面积和适当的缺陷。之后，对这种材料进行表征和电化学测试。
图2. 材料的物理化学性质测试
图3.材料在三电极系统中的电化学性能测试
图4. 材料在对称电极中的电化学性能测试
