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科学家剥离出超等电容器石墨烯复合膜
2017-01-09

近年来, ,,, ,,柔性、微型能源贮存装置由于其柔韧和轻便等特点, ,,, ,,在可穿戴电子设备、智能皮肤和便携式智能手机等方面展示出巨大的利用远景 。。。。。 。。。其中, ,,, ,,柔性的全固态超等电容器拥有结构单一、造作方便、功率密度高、充放电急剧、以及循环寿命长蹬着点, ,,, ,,成为了能源贮存器件的钻研沉点 。。。。。 。。。

目前, ,,, ,,全固态超等电容器重要蕴含两种结构:传统的眉山治结构的固态超等电容器和平面结构的微型超等电容器 。。。。。 。。。而高机能的超等电容器的电极资料必要有较好的电化学不变性、较高的电导率和优异的电容机能 。。。。。 。。。

作为一种新型的过渡金属碳化物(一个过渡金属和一个第三或第四族的元素(如Al, Ge, Si等)以及碳或氮元素组成的化合物), ,,, ,,MXene(如Ti3C2Tx)因其特有的二维层状结构、较高的导电性以及化学不变性和热不变性, ,,, ,,宽泛地利用在锂离子电池、超等电容器和电催化反映中 。。。。。 。。。然而钻研发现, ,,, ,,MXene的尺寸(≈200 nm)相对较 。。。。。 。。。 ,,, ,,不利于构建高机能、柔性的大面积薄膜型全固态超等电容器电极 。。。。。 。。。

德累斯顿工业大学冯新亮教授, ,,, ,,庄幼东博士和中国科学院长春利用化学钻研所牛利钻研员(共同通讯作者)以此为着眼点, ,,, ,,合作造备了基于MXene和电化学剥离的石墨烯纳米复合物薄膜电极, ,,, ,,并将其利用到传统的固态超等电容器和平面的微型超等电容器中 。。。。。 。。。

该复合膜拥有两方面的优势:其一, ,,, ,,电化学剥离的高质量的石墨烯层能够作为整个膜电极的机械支架, ,,, ,,进一步的加强膜电极整体的柔性、不变性和长程导电性;;;;;;其二, ,,, ,,MXene纳米片穿插在石墨烯片层之间, ,,, ,,能够提供大量的层间距, ,,, ,,有利于充放电过程中离子的急剧嵌入和脱嵌 。。。。。 。。。

得到的膜电极在组装成传统对称柔性超等电容器后, ,,, ,,在0.1 A cm-3的电流密度时, ,,, ,,其体积电容高达216 F cm-3, ,,, ,,同时在2500次充、放电循环后, ,,, ,,比容量仍能维持85.2% 。。。。。 。。。另表, ,,, ,,通过掩膜版喷涂溶液相的MXene/电化学剥离石墨烯墨水造备的叉指状微型超等电容器, ,,, ,,在5 mV s-1的循环伏安扫描速度下, ,,, ,,其面积电容和体积电容别离高达3.26 mF cm-2和33 F cm-3, ,,, ,,这些机能指标高于目前大部门同类文件所报路的数值 。。。。。 。。。

随后, ,,, ,,对此微超等电容器进行弯折的柔性状态下进行循环测试, ,,, ,,在2500次循环充放电之后, ,,, ,,其电容机能依然能够维持82% 。。。。。 。。。值得关注的是, ,,, ,,在该工作中, ,,, ,,我们利用自造的电化学剥离装置造备出的电剥离石墨烯拥有高产率, ,,, ,,高碳氧比和高分散性等特点 。。。。。 。。。

该工作通过电极结构的优化设计, ,,, ,,利用单一的步骤造备了高机能的超等电容器电极资料, ,,, ,,这为造备低成本、高效能的柔性储能器件启发了一条新思路 。。。。。 。。。(文章起源:中国能源网)

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