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科学家剥离出超等电容器石墨烯复合膜
2017-01-09

近年来 ,柔性、微型能源贮存装置由于其柔韧和轻便等特点 ,在可穿戴电子设备、智能皮肤和便携式智能手机等方面展示出巨大的利用远景。其中 ,柔性的全固态超等电容器拥有结构单一、造作方便、功率密度高、充放电急剧、以及循环寿命长蹬着点 ,成为了能源贮存器件的钻研沉点。

目前 ,全固态超等电容器重要蕴含两种结构:传统的眉山治结构的固态超等电容器和平面结构的微型超等电容器。而高机能的超等电容器的电极资料必要有较好的电化学不变性、较高的电导率和优异的电容机能。

作为一种新型的过渡金属碳化物(一个过渡金属和一个第三或第四族的元素(如Al, Ge, Si等)以及碳或氮元素组成的化合物) ,MXene(如Ti3C2Tx)因其特有的二维层状结构、较高的导电性以及化学不变性和热不变性 ,宽泛地利用在锂离子电池、超等电容器和电催化反映中。然而钻研发现 ,MXene的尺寸(≈200 nm)相对较幼 ,不利于构建高机能、柔性的大面积薄膜型全固态超等电容器电极。

德累斯顿工业大学冯新亮教授 ,庄幼东博士和中国科学院长春利用化学钻研所牛利钻研员(共同通讯作者)以此为着眼点 ,合作造备了基于MXene和电化学剥离的石墨烯纳米复合物薄膜电极 ,并将其利用到传统的固态超等电容器和平面的微型超等电容器中。

该复合膜拥有两方面的优势:其一 ,电化学剥离的高质量的石墨烯层能够作为整个膜电极的机械支架 ,进一步的加强膜电极整体的柔性、不变性和长程导电性;其二 ,MXene纳米片穿插在石墨烯片层之间 ,能够提供大量的层间距 ,有利于充放电过程中离子的急剧嵌入和脱嵌。

得到的膜电极在组装成传统对称柔性超等电容器后 ,在0.1 A cm-3的电流密度时 ,其体积电容高达216 F cm-3 ,同时在2500次充、放电循环后 ,比容量仍能维持85.2%。另表 ,通过掩膜版喷涂溶液相的MXene/电化学剥离石墨烯墨水造备的叉指状微型超等电容器 ,在5 mV s-1的循环伏安扫描速度下 ,其面积电容和体积电容别离高达3.26 mF cm-2和33 F cm-3 ,这些机能指标高于目前大部门同类文件所报路的数值。

随后 ,对此微超等电容器进行弯折的柔性状态下进行循环测试 ,在2500次循环充放电之后 ,其电容机能依然能够维持82%。值得关注的是 ,在该工作中 ,我们利用自造的电化学剥离装置造备出的电剥离石墨烯拥有高产率 ,高碳氧比和高分散性等特点。

该工作通过电极结构的优化设计 ,利用单一的步骤造备了高机能的超等电容器电极资料 ,这为造备低成本、高效能的柔性储能器件启发了一条新思路。(文章起源:中国能源网)

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