日本国立材料研究所Jie Tang课题组--磁取向石墨烯用于高倍率超级电容器

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石墨烯已被广泛用作超级电容器电极材料。但是，平行堆叠的石墨烯层通常会导致无效的离子扩散和电子转移，这通常会降低超级电容器的倍率性能。本研究采用溶剂蒸发法，以PEDOT:SS为粘合剂，固定取向石墨烯，以良好的导电性以及与石墨烯片的强烈π-π堆叠相互作用固定，制备了还原氧化石墨烯（rGO）和聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）复合膜。使用扫描电子显微镜（SEM）、氮吸附-解吸和小角度X射线散射进行的分析表明，尽管施加了磁场，但石墨烯片在没有磁场的情况下随机取向，但它们排列良好。作为电容器电极材料，排列整齐的rGO在电流密度为50 A g^-1时显示出169 F g^-1的比电容，电容保持率约为70％，并且在90℃时，其循环伏安（CV）曲线仍然保持矩形。电压扫描速率为2 V s⁻¹。对准的rGO电极可以帮助突破传统超级电容器的局限性，并显着提高其充电/放电速率和功率密度。

Figure 1. 示意性流程图说明制备的石墨烯在外加磁场中垂直排列的电极膜的过程。

Figure 2. （a）合成的rGO的SEM和（b）TEM图像

Figure 3.在施加的磁场中，制备的复合膜的SEM图像：（a）顶视图和（b）截面图。在没有磁场的情况下，制备的复合膜的SEM图像：（c）顶视图和（d）剖视图。在有（红色）和没有（黑色）施加磁场的条件下，制备的复合膜的（e）氮吸附-解吸等温线和（f）孔径分布。

Figure 4. 在磁场中制备的rGO/PEDOT:PSS（4/1；wt/wt）复合电极的超级电容器的：（a）CV曲线。（b）充电和放电曲线。（c）倍率性能。（d）循环性能。

Figure 5. （a）奈奎斯特图（插图：电极结构和等效电路）；（b）超级电容器的Bode曲线

相关研究成果于2021年由日本国立材料研究所Jie Tang课题组，发表在Journal of Power Sources（https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228995）上。原文：High-rate supercapacitor using magnetically aligned graphene。

转自《石墨烯杂志》公众号



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