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日本國立材料研究所Jie Tang課題組--磁取向石墨烯用于高倍率超級(jí)電容器

石墨烯已被廣泛用作超級(jí)電容器電極材料。但是，平行堆疊的石墨烯層通常會(huì)導(dǎo)致無效的離子擴(kuò)散和電子轉(zhuǎn)移，這通常會(huì)降低超級(jí)電容器的倍率性能。本研究采用溶劑蒸發(fā)法，以PEDOT:SS為粘合劑，固定取向石墨烯，以良好的導(dǎo)電性以及與石墨烯片的強(qiáng)烈π-π堆疊相互作用固定，制備了還原氧化石墨烯（rGO）和聚(3,4-乙撐二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）復(fù)合膜。使用掃描電子顯微鏡（SEM）、氮吸附-解吸和小角度X射線散射進(jìn)行的分析表明，盡管施加了磁場(chǎng)，但石墨烯片在沒有磁場(chǎng)的情況下隨機(jī)取向，但它們排列良好。作為電容器電極材料，排列整齊的rGO在電流密度為50 A g^-1時(shí)顯示出169 F g^-1的比電容，電容保持率約為70％，并且在90℃時(shí)，其循環(huán)伏安（CV）曲線仍然保持矩形。電壓掃描速率為2 V s⁻¹。對(duì)準(zhǔn)的rGO電極可以幫助突破傳統(tǒng)超級(jí)電容器的局限性，并顯著提高其充電/放電速率和功率密度。

Figure 1. 示意性流程圖說明制備的石墨烯在外加磁場(chǎng)中垂直排列的電極膜的過程。

Figure 2. （a）合成的rGO的SEM和（b）TEM圖像

Figure 3.在施加的磁場(chǎng)中，制備的復(fù)合膜的SEM圖像：（a）頂視圖和（b）截面圖。在沒有磁場(chǎng)的情況下，制備的復(fù)合膜的SEM圖像：（c）頂視圖和（d）剖視圖。在有（紅色）和沒有（黑色）施加磁場(chǎng)的條件下，制備的復(fù)合膜的（e）氮吸附-解吸等溫線和（f）孔徑分布。

Figure 4. 在磁場(chǎng)中制備的rGO/PEDOT:PSS（4/1；wt/wt）復(fù)合電極的超級(jí)電容器的：（a）CV曲線。（b）充電和放電曲線。（c）倍率性能。（d）循環(huán)性能。

Figure 5. （a）奈奎斯特圖（插圖：電極結(jié)構(gòu)和等效電路）；（b）超級(jí)電容器的Bode曲線

相關(guān)研究成果于2021年由日本國立材料研究所Jie Tang課題組，發(fā)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。

轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)



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