石墨烯薄膜具有出色的電化學(xué)穩(wěn)定性、柔性和輕質(zhì)性等優(yōu)點(diǎn)，是用于柔性?xún)?chǔ)能裝置有希望的電極材料。但是，由于強(qiáng)大的范德華相互作用（vdWs），基于石墨烯薄膜的裝置顯示出不足的材料利用率和低離子遷移率速度。在這里，我們展示了一種新的氧化石墨烯（GO）膜膨脹的策略，制備具有受控結(jié)構(gòu)的自立式石墨烯水凝膠（GH）膜，以用于高性能電極。通過(guò)改變GO納米片之間的作用力（例如，vdWs、氫鍵和靜電排斥）來(lái)實(shí)現(xiàn)GO膜溶脹的調(diào)節(jié)。反應(yīng)后，所得的具有高度取向的分層多孔結(jié)構(gòu)的GH膜表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在1 A/g時(shí)具有237.6 F/g的質(zhì)量電容，在1 mA cm
-2時(shí)具有608 mF cm
-2的高面積電容。基于薄膜的鋅離子混合超級(jí)電容器（ZHSs）具有99.3 mAh/g的大容量和76.2 Wh/kg的高比能。此外，在經(jīng)過(guò)10,000次充電/放電循環(huán)后，ZHS具有出色的容量保持率，約為90％。這些結(jié)果表明，利用GO膜的溶脹行為構(gòu)造獨(dú)特結(jié)構(gòu)的GH膜是制備電極材料的一種創(chuàng)新，簡(jiǎn)單而實(shí)用的技術(shù)。
Figure 1. （a）GH薄膜的制備過(guò)程示意圖。GH膜的（b）照片和（c）截面SEM圖像。（d）GH膜的N
2吸附/解吸等溫線(xiàn)（插圖顯示孔徑結(jié)構(gòu)分布）。
Figure 2. （a）在水熱反應(yīng)過(guò)程中石墨烯薄膜的層間演變示意圖。（b–g）具有不同HPT的GH薄膜的橫截面SEM圖像。
Figure 3. （a）基于GH薄膜的SC在不同掃描速率下的CV曲線(xiàn)。（b）CV曲線(xiàn)，（c）GCD曲線(xiàn)，（d）在不同電流密度下的比電容，（e）奈奎斯特圖，以及（f）波特圖。（g–h）具有不同厚度電極的SC的電化學(xué)性能：（g）重量和面電容，（h）在不同電流密度下的面積比電容。（i）基于GH膜的SC的循環(huán)性能。
Figure 4. （a）ZHS儲(chǔ)能機(jī)制的示意圖。ZHS的電化學(xué)性能：（b）不同掃描速率下的CV曲線(xiàn)，（c）不同電流密度下的GCD曲線(xiàn)，（d）Ragone圖（插圖顯示使用兩個(gè)串聯(lián)的設(shè)備組點(diǎn)亮16個(gè)LED燈），以及（e）循環(huán)性能。
相關(guān)研究成果于2020年由電子科技大學(xué)Chunyang Jia課題組，發(fā)表在Journal of Power Sources（doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.227851）上。原文：Controlled swelling of graphene films towards hierarchical structures for supercapacitor electrodes。
摘自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：
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