石墨烯已被廣泛用作超級(jí)電容器電極材料。但是,平行堆疊的石墨烯層通常會(huì)導(dǎo)致無效的離子擴(kuò)散和電子轉(zhuǎn)移,這通常會(huì)降低超級(jí)電容器的倍率性能。本研究采用溶劑蒸發(fā)法,以PEDOT:SS為粘合劑,固定取向石墨烯,以良好的導(dǎo)電性以及與石墨烯片的強(qiáng)烈π-π堆疊相互作用固定,制備了還原氧化石墨烯(rGO)和聚(3,4-乙撐二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT:PSS)復(fù)合膜。使用掃描電子顯微鏡(SEM)、氮吸附-解吸和小角度X射線散射進(jìn)行的分析表明,盡管施加了磁場(chǎng),但石墨烯片在沒有磁場(chǎng)的情況下隨機(jī)取向,但它們排列良好。作為電容器電極材料,排列整齊的rGO在電流密度為50 A g-1時(shí)顯示出169 F g-1的比電容,電容保持率約為70%,并且在90℃時(shí),其循環(huán)伏安(CV)曲線仍然保持矩形。電壓掃描速率為2 V s?1。對(duì)準(zhǔn)的rGO電極可以幫助突破傳統(tǒng)超級(jí)電容器的局限性,并顯著提高其充電/放電速率和功率密度。 Figure 1. 示意性流程圖說明制備的石墨烯在外加磁場(chǎng)中垂直排列的電極膜的過程。 Figure 2. (a)合成的rGO的SEM和(b)TEM圖像 Figure 3.在施加的磁場(chǎng)中,制備的復(fù)合膜的SEM圖像:(a)頂視圖和(b)截面圖。在沒有磁場(chǎng)的情況下,制備的復(fù)合膜的SEM圖像:(c)頂視圖和(d)剖視圖。在有(紅色)和沒有(黑色)施加磁場(chǎng)的條件下,制備的復(fù)合膜的(e)氮吸附-解吸等溫線和(f)孔徑分布。 Figure 4. 在磁場(chǎng)中制備的rGO/PEDOT:PSS(4/1;wt/wt)復(fù)合電極的超級(jí)電容器的:(a)CV曲線。(b)充電和放電曲線。(c)倍率性能。(d)循環(huán)性能。 Figure 5. (a)奈奎斯特圖(插圖:電極結(jié)構(gòu)和等效電路);(b)超級(jí)電容器的Bode曲線 相關(guān)研究成果于2021年由日本國立材料研究所Jie Tang課題組,發(fā)表在Journal of Power Sources(https:///10.1016/j.jpowsour.2020.228995)上。原文:High-rate supercapacitor using magnetically aligned graphene。 |
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