纸巾，在日常生活中随处可见，垃圾桶往往是它们最终的归宿。然而，最近关于纸巾的研究显示，它们在广泛关注的储能领域也具有应用价值。

图 | 纸巾（来源：Pixabay）

近日，中国地质大学（武汉）材料与化学学院王欢文教授团队在 Energy & Environmental Science 发表了题为《Tissue-derived carbon microbelt paper : a high-initial-coulombic-efficiency and low-discharge-platform K -storage anode for 4.5 V hybrid capacitors》的研究论文。

该研究将普通的纸巾，通过热处理，变成了能够储存钾离子的硬碳电极。

由于地壳中丰富的钾资源以及 K /K（-2.93V）和 Li/Li （-3.04V）之间相似的氧化还原电位，基于钾的储能系统有利于大规模能源存储。

钾离子电容器（PICs）已经引起了广泛的关注，因为它们整合了钾离子电池（PIBs）和超级电容器的优点。

图 | 平面型超级电容器示意图（来源：Wikipedia）

然而，开发高性能的 PIC 面临着巨大的挑战，因为目前对 PIC 阳极的研究是针对高 K 存储能力和速率能力，而对初始库仑效率（Initial Coulombic Efficiency, ICE）和低于 1.00 V 的充电容量的研究却很少。

硬碳（Hard Carbon, HC）由于其随机取向的碳层结构，是一种很有前途的K 存储阳极材料。同时，HC 具有良好的微观结构可调性、高导电性、稳定的物理化学性质、丰富的原材料来源，以及在制备和回收过程中对环境的低污染。

然而，大多数报道的 HC 阳极表现出低的初始库仑效率（Initial Coulombic Efficiency, ICE），并且在 K 脱嵌过程中没有明显的放电平台，因此限制了它们的实际应用。

在这项研究中，廉价和可再生的卫生纸被用作前体，构建了一种自支撑硬碳微带纸（Hard Carbon Microbelt, HCMB）。

作为一种无粘结剂的负极，HCMB 可以在传统的 KPF6 酯类电解质中实现了 88% 的高 ICE 值，并具有低于 1V 的高容量（比电流为 100 mA/g 时，比电容为 204 mAh/g），以及优异的倍率能力（比电流为 1000 mA/g 时，比电容为 151 mAh/g）和循环稳定性。

更重要的是，基于 HCMB 的负极具有相当低的放电平台，非常接近于石墨的平台（0.25 Vvs. K/K ）。

图 | 纸巾衍生的硬碳微带（HCMB）薄膜（来源： ）

值得关注的是，HCMB 的制备过程非常简单。首先，将生活中常用的纸巾在空气中进行预氧化。在这个过程中，由于前体中焦油的损失，纸张的几何面积仅减少了约 5%。

此外，预氧化可以保证 HCMB 的机械性能。然后，在不同的温度下对预氧化的纸张进行高温碳化。HCMB 纸的尺寸可以很容易地放大，适合大规模应用。HCMB-1300 纸具有优异的机械强度，可以弯曲成任何形状而不会断裂（包括弯曲、滚动等）。

此外，该工作系统地研究了碳化温度对 HCMB 的 K 存储行为的影响，以及它与石墨和软碳的比较。伴随着碳化温度的提高，逐渐形成了具有更多石墨微晶条纹的封闭和随机取向的微结构，这可能为产生高容量提供了更多的活性 K 储存点。