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东海大学Tsung-Wu Lin课题组--石墨烯/MoS2水凝胶基超级电容器在深共熔混合溶剂中乙腈/水含量的优化
       在这里,我们是第一个通过将水和乙腈与由乙酰胺和高氯酸锂组成的典型DES电解质混合来开发深共溶共溶剂(DES)系统的人。共溶剂的添加不仅解决了DES的高粘度和低电导率的问题,而且还提供了一些独特的性能。例如,水的存在改善了DES电解质的阻燃性。相反,添加乙腈可进一步改善离子电导率,而不会损害宽的电化学稳定性窗口(ESW)。研究了DES中助溶剂的量以及助溶剂之间最佳摩尔比的影响。当乙腈与水的摩尔比为4.4:1时,杂化DES表现出最佳的物理性能,包括宽的ESW(2.55 V),优异的电导率(15.6 mS cm-1)和低粘度(5.82 mPa·s)。此外,已经进行了一系列的光谱测量以了解电解质组分之间的相互作用。发现水分子与Li+离子具有很强的配位作用,并且这种相互作用不受乙腈分子存在的影响。另一方面,我们已经证明了使用由1T-MoS2和还原氧化石墨烯(rGO)组成的水凝胶作为超级电容器的电极材料。该水凝胶继承了rGO水凝胶的多孔结构和1T-MoS2的高电导率。最后,通过使用混合DES和水凝胶分别作为电解质和电极来制造高压对称超级电容器。经过优化的超级电容器可在2.3 V的宽工作电压下工作,并在1164 W kg-1的功率密度下达到31.2 Wh kg-1的最大能量密度。此外,该器件在20,000次循环后显示出91%的电容保持率。
 
 
Figure 1. DES电解质下,不同H2O/Li+摩尔比下的(a)LSV曲线和(b)电导率。DES电解质下,不同ACN/H2O摩尔比下的(c)LSV曲线和(d)电导率。(e)各种电解质的燃烧测试和相应SET值的照片。(f)各种电解质在-50°C下的接触角及其状态的照片。
 

Figure 2. 1T-MoS2@rGO-H的(a)SEM和(b,c)TEM图像。(d-f)(b)中所示1T-MoS2@rGO-H的EDX映射。
 

Figure 3. 使用A(4.4)W(1)-DES组装的SC的(a)CV和(b)GCD曲线。(c)比较使用不同电极材料的SCs的倍率性能。(d)使用A(4.4)W(1)-DES和1T-MoS2@rGO-H的SC的长期稳定性测试。
 

Figure 4. 使用不同DES电解质的SCs的(a)工作电压,(b)Ragone和(c)Nyquist曲线;(d)表示SC装置充满电后点亮LED灯泡的照片。图6c中插图:放大区域。
 
      相关研究成果于2021年由东海大学Tsung-Wu Lin课题组,发表在Chemical Engineering Journal(https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126706)上。原文:Optimization of acetonitrile/water content in hybrid deep eutectic solvent for graphene/MoS2 hydrogel-based supercapacitors。

转自《石墨烯杂志》公众号


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