中科院寧波材料所:全石墨烯電極用於高性能非對稱超級電容器

2020-12-03 材料分析與應用

本文要點：

通過對氧化石墨烯進行簡單的化學熱修飾而設計「全石墨烯」電極系統於高性能非對稱超級電容器

成果簡介

「電極失衡」是阻礙非對稱超級電容器（ASC）潛在性能的主要問題之一，這主要是由於電極微結構的巨大差異引起的。本文中國科學院寧波材料技術與工程研究所周旭峰 研究員與劉兆平研究員（點擊藍色字體有導師詳細介紹）在INT J ENERG RES期刊發表名為「All graphene electrode for highperformance asymmetric supercapacitor」的論文。通過對氧化石墨烯進行簡單的化學熱修飾而設計「全石墨烯」電極系統。簡單的合成路線製備化學功能化的石墨烯（FG）陰極和兩個陽極。

以熱還原的氧化石墨烯（TrGO）和摻碘的石墨烯（IG）為基礎，然後組裝成ASC。由FG陰極-IG陽極組成的ASC可提供極高的能量（E-P）密度（91Whkg -1和424.95Wkg -1）和10000次循環後的良好電容保持率。結果證明了電極的化學性質相似，可將電極的不平衡降至最低。開發的方案有能力用作全石墨烯混合儲能系統，可提高性能和循環穩定性。

圖文導讀

方案一、陰極（功能化石墨烯[FG]），陽極（碘摻雜石墨烯[IG]）和製造不對稱超級電容器（ASC）合成的示意圖

圖1、（A）摻碘石墨烯（IG），熱還原氧化石墨烯（TrGO）和功能化石墨烯（FG）的X射線衍射（XRD）圖和（B）拉曼光譜。（C）FG和（D）IG的N2吸附/解吸等溫線和BJH孔徑分布曲線。

圖2、A，用於官能化石墨烯（FG），熱還原氧化石墨烯（TrGO）和碘摻雜石墨烯（IG）的XPS的寬光譜。B，C1s對FG的分析。IG的C，I3d光譜。D，TrGO的C1s分析

圖3、（AC）熱還原氧化石墨烯（TrGO），（DF）功能化石墨烯（FG）和（GI）碘摻雜石墨烯（IG）的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像

圖4、（AC）熱還原氧化石墨烯（TrGO），（DF）功能化石墨烯（FG）和（GI）碘摻雜石墨烯（IG）的透射電子顯微鏡（TEM）圖像

圖5、（A）循環伏安法（CV）和（B）功能化石墨烯（FG）的恆電流充/放電（GCD），（C）CV和（D）熱還原氧化石墨烯（TrGO）的GCD和（E）CV和（F）碘摻雜石墨烯（IG）的GCD

圖6、（A）循環伏安法（CV），（C）恆電流充/放電（GCD），以及（E）不對稱超級電容器（ASC）碘摻雜石墨烯（IG）//功能化石墨烯（FG）的循環性能和速率性能。ASC熱還原氧化石墨烯（TrGO）// FG的（B）CV，（D）GCD和（F）循環性能/速率性能

小結

在本研究中，成功地製造了全石墨烯ASC，並被認為是高E-P設備的未來方法。全石墨烯ASC中電極材料的相似表面化學成分，組成和微觀結構可防止功率不平衡（通常認為是在傳統ASC中發生），從而使每個電極發揮最大性能。結果，全石墨烯ASC可提供91 W h kg -1和424.95 W kg -1的超高E-P曲線，並且在10000次循環後性能穩定。這項研究提出了一種前瞻性的新方法，通過利用全石墨烯電極系統來擴展對新一代儲能技術發展的科學視野。

文獻：

All graphene electrode for highperformance asymmetric supercapacitor

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