尊龙体育_科学家剥离出超级电容器石墨烯复合膜

石材雕刻机 | 2021-02-17
本文摘要:近年来,柔性和微型储能装置因其柔软和轻便而在可穿戴电子设备、智能皮肤和便携式智能手机中显示出巨大的应用前景。

近年来,柔性和微型储能装置因其柔软和轻便而在可穿戴电子设备、智能皮肤和便携式智能手机中显示出巨大的应用前景。其中,柔性全固态超级电容器具有结构简单、制造方便、功率密度低、充放电慢、循环寿命长等优点。并成为储能器件的研究热点。

目前,全固态超级电容器主要包括两种结构:传统的三明治结构固态超级电容器和平面结构的微型超级电容器。高性能超级电容器的电极材料必须具有良好的电化学稳定性、高导电性和优异的电容性能。

作为新型过渡金属碳化物(由过渡金属、第三或第四族元素(例如铝、锗、硅等)组成的化合物。)和碳或氮),MXene(如Ti3C2Tx)因其独特的二维层状结构、高导电性、化学稳定性和热稳定性而广泛应用于锂离子电池、超级电容器和电催化反应。但发现MXene的尺寸(200nm)相对较小,有利于构建高性能、柔性的大面积薄膜全固态超级电容器电极。德累斯顿理工大学冯新良教授和庄小东博士、中科院长春应用化学研究所牛莉研究员(通讯合著者)基于MXene和电化学挤出技术制备石墨烯纳米复合薄膜电极,并将其应用于传统固体超级电容器和平面微型超级电容器。

复合膜有两个优点:第一,电化学挤出的高质量石墨烯层可以作为整个膜电极的机械支撑,进一步增强了整个膜电极的柔韧性、稳定性和长程导电性;其次,MXene纳米片插在石墨烯片之间,可以获得很大的层间间距,不利于离子在充放电过程中缓慢的映射和解嵌。所得膜电极在0.1 cm2-3的电流密度下,体积电容高达216Fcm-3,经过2500次微分和静电循环后,比容量仍能保持85.2%。

此外,在掩膜上喷涂溶液相MXene/电化学挤出石墨烯墨水制作的叉指微型超级电容器,在5mVs-1的循环伏安扫描速度下,其面积电容为3.26mFcm-2,体积电容为33Fcm-3,低于目前大多数同类文献报道的值。然后,响应于柔性状态下微型超级电容器的循环测试,其电容性能在2500次充放电循环后仍能保持82%。值得注意的是,在这项工作中,我们的电化学挤出装置生产的所有挤出石墨烯都具有高母比、高碳氧比和低分散性的特点。

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本工作通过电极结构的优化设计,用非常简单的方法制备了高性能超级电容器电极材料,为制造低成本、高效率的柔性储能器件创造了新思路。


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