寧波材料所：石墨烯納米卷可實現堅固耐用的柔性微型超級電容器

2020-09-24 材料分析與應用

本文要點：

  • 通過凍幹獲得具有不同長寬比的石墨烯納米卷。
  • 由石墨烯納米卷組成的薄膜電極具有出色的耐用性。
  • 具有石墨烯納米卷的柔性微型超級電容器具有出色的耐用性。

成果簡介

小型，靈活和自供電的電子系統的興起極大地刺激了對微型電化學儲能裝置的迫切需求。令人印象深刻的是，平面離子超級電容器（MSC）由於快速的離子傳輸，超長的使用壽命以及易於與微電子設備集成而起著至關重要的作用。遺憾的是，MSC中薄膜電極的堅固性通常不能滿足薄膜電極的結構穩定性和裝置的耐用性。

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（點擊藍色字體有導師詳細介紹）與劉兆平研究員（點擊藍色字體有導師詳細介紹）團隊在《Chemical Engineering Journal》期刊發表了名為「Robust and Durable Flexible Micro-Supercapacitors Enabled by Graphene Nanoscrolls」的論文，研究提出了一種解決該問題的新方法，通過將高縱橫比的石墨烯納米卷作為活性材料引入柔性MSC中以增強薄膜電極的堅固性。

因為相互纏繞的一維納米結構。如此製備的可彎曲MSC在彎曲1000次循環時可以保持初始電容的近100％，而可拉伸MSC在200％的高應力比下進行1000次循環拉伸時可以保持88％的初始電容。這項研究為建立用於MSC的堅固薄膜電極並提高柔性MSC的耐用性提供了有效的方法。


圖文導讀

圖1。GNS和GNS-MSC的製備過程示意圖。


圖2。L-GO，L-GNS和GNS薄膜電極的表徵

圖3。MSC在平坦狀態和不同彎曲狀態下的電化學性能


圖4。GNS-MSC在不同拉伸狀態下的電化學性能


圖5。（a）L，M和S-GNS薄膜電極的應力應變固化。（bd）1000次拉伸後，L，M和S-MSC薄膜電極的SEM圖像。橙色橢圓形標記膜電極上的裂紋位置。

小結

綜上所述，採用簡單的掩模輔助印刷技術製備了以GNSs為活性材料的柔性MSC，具有優異的電化學性能和機械穩定性。研究了高縱橫比的GNS在增強薄膜電極的機械強度以及因此增強MSC穩定性方面的重要作用。使用大縱橫比的GNS的L-MSC在苛刻的變形條件下表現出出色的耐久性和穩定的電化學性能。在連續的彎曲或拉伸循環後，它可以保持較高的電容保持率。在這項工作中，我們發現基於石墨烯納米顆粒的MSCs具有優異的電化學性能和優異的機械穩定性，有利於柔性和耐磨電子產品的發展。


文獻

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