科學家制備離出超級電容器石墨烯復合膜

作者： 2017年01月13日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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近年來，柔性、微型能源儲存裝置由于其柔韌和輕便等特點，在可穿戴電子設備、智能皮膚和便攜式智能手機等方面展現(xiàn)出巨大的應用前景。其中，柔性的全固態(tài)超級電容器具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、功率密度高、充放電快速、
　　近年來，柔性、微型能源儲存裝置由于其柔韌和輕便等特點，在可穿戴電子設備、智能皮膚和便攜式智能手機等方面展現(xiàn)出巨大的應用前景。其中，柔性的全固態(tài)超級電容器具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、功率密度高、充放電快速、以及循環(huán)壽命長等優(yōu)點，成為了能源儲存器件的研究重點。
　　目前，全固態(tài)超級電容器主要包含兩種結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)的三明治結(jié)構(gòu)的固態(tài)超級電容器和平面結(jié)構(gòu)的微型超級電容器。而高性能的超級電容器的電極材料需要有較好的電化學穩(wěn)定性、較高的電導率和優(yōu)異的電容性能。
　　作為一種新型的過渡金屬碳化物(一個過渡金屬和一個第三或第四族的元素(如Al, Ge, Si等)以及碳或氮元素組成的化合物)，MXene(如Ti3C2Tx)因其特有的二維層狀結(jié)構(gòu)、較高的導電性以及化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，廣泛地應用在鋰離子電池、超級電容器和電催化反應中。然而研究發(fā)現(xiàn)，MXene的尺寸(≈200 nm)相對較小，不利于構(gòu)建高性能、柔性的大面積薄膜型全固態(tài)超級電容器電極。
　　德累斯頓工業(yè)大學馮新亮教授，莊小東博士和中國科學院長春應用化學研究所牛利研究員(共同通訊作者)以此為著眼點，合作制備了基于MXene和電化學剝離的石墨烯納米復合物薄膜電極，并將其應用到傳統(tǒng)的固態(tài)超級電容器和平面的微型超級電容器中。
　　該復合膜具有兩方面的優(yōu)勢：其一，電化學剝離的高質(zhì)量的石墨烯層可以作為整個膜電極的機械支架，進一步的增強膜電極整體的柔性、穩(wěn)定性和長程導電性;其二，MXene納米片穿插在石墨烯片層之間，可以提供大量的層間距，有利于充放電過程中離子的快速嵌入和脫嵌。
　　得到的膜電極在組裝成傳統(tǒng)對稱柔性超級電容器后，在0.1Acm-3的電流密度時，其體積電容高達216Fcm-3，同時在2500次充、放電循環(huán)后，比容量仍能保持85.2%。另外，通過掩膜版噴涂溶液相的MXene/電化學剝離石墨烯墨水制備的叉指狀微型超級電容器，在5mVs-1的循環(huán)伏安掃描速度下，其面積電容和體積電容分別高達3.26mFcm-2和33Fcm-3，這些性能指標高于目前大部分同類文獻所報道的數(shù)值。
　　隨后，對此微超級電容器進行彎折的柔性狀態(tài)下進行循環(huán)測試，在2500次循環(huán)充放電之后，其電容性能依然可以保持82%。值得關注的是，在該工作中，我們利用自制的電化學剝離裝置制備出的電剝離石墨烯具有高產(chǎn)率，高碳氧比和高分散性等特點。
　　該工作通過電極結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，利用簡單的方法制備了高性能的超級電容器電極材料，這為制備低成本、高效率的柔性儲能器件開辟了一條新思路。（來源：中國儲能網(wǎng)新聞中心） 
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標簽：石墨烯納米復合物薄膜電極

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