随着全球碳中和的不断推进，加速实现燃油车电动化已迫在眉睫。然而，相比于传统的燃油车，电动车的充电速度过于缓慢，这严重限制了电动车市场的进一步扩张。在此背景下，亟待开发新一代具有快速充电能力的储能技术。金属离子混合电容器，如钾离子混合电容器、钠离子混合电容器等，被认为是极具应用前景的快充储能设备。以钾离子混合电容器为例，近年以来，研究者们采取电极材料结构调控、电极架构整体设计、电池系统一体化集成等策略成功突破了多项技术瓶颈。然而，不容忽视的是，当前阶段钾离子混合电容器的关注焦点过多聚焦于极限能量密度，而对与快充能力密切相关的功率密度缺乏关注。因此，目前的钾离子混合电容器仍是一种能量密度较次的“电池”设备，而不是预想中兼具高能量高功率的混合储能设备。

在本研究中，作者以具有高氧含量的表没食子儿茶素没食子酸酯为基础，结合多酚有机物自氧化聚合、高温碳化步骤合成了C=O含量可调谐的富氧碳负极材料（OEC），其中C=O的含量可被碳化温度精准控制。作为钾离子混合电容器的负极，具有最高C=O含量的OCE-600（600℃下碳化）表现出具有竞争力的快充比容量（在20 A·g^-1下的可逆比容量为135.2 mAh·g^-1，放电时间短至27 s）和优异的快充循环性能。结合理论计算、动力学分析和原位Raman表征阐明了C=O对OEC-600的快充储钾能力和可逆性的强化机制。最终，以OEC-600为负极组装的钾离子混合电容器展现出极高的能量/功率密度（145.1 Wh∙kg^-1/45.9 kW∙kg^-1）和优越的快充循环性能（在5 A·g^-1下循环20000次后容量保持率高达87.5%）。

图1. （a）OEC的合成流程示意图。（b）在不同温度下碳化后未洗涤的样品的XRD图谱。OEC-600的（c），（d）SEM图像；（e），（f）TEM图像（f）中的插图是黄色虚线框区域的局部放大图和计算出的层间距）。

图2. OEC的（a）XRD图谱；（b）Raman光谱；（c）O 1s高分辨XPS光谱；（d）C=O和O的原子含量。

图3. OEC的电化学性能。OEC-600（a）在0.1 mV∙s^-1下前三次循环的CV曲线；（b）在0.1 A·g^-1下前三次循环的GCD曲线。（c）碳化温度与比容量、C=O含量的关系。（d）OEC-600和H₂处理后的OEC-600-H₂在0.1 A·g^-1下第三次循环的充电曲线。OEC的（e）倍率性能；（f）在2 A·g^-1下的循环性能。（g）C=O在储钾过程中作用机理。

图4. OEC-600的（a）原位阻抗谱图；（b）基于原位阻抗谱图计算的RSEI和Warburg系数；（c）完全放电的TEM图像（插图为黄色虚线框区域的局部放大图和计算出的层间距）；（d）完全充电的TEM图像。（e）缺陷碳；（f）富氧缺陷碳的静电势图像。（g）OEC-600的原位Raman谱图。

图5.（a）OEC-600负极、HPCS正极和PIHC的CV曲线。PIHC的（b）在不同电流密度下的GCD曲线；（c）在不同电流密度下的IR降；（e）在5 A·g^-1下的循环性能。（d）PIHC与其它相关工作的能量密度和功率密度比较。

Qiu D, Wang Y, Zhang L, et al. Regulating the oxygen-atom configuration of carbon anode enabling extremely fast-charging potassium-ion hybrid capacitors. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907033.