文献--science-石墨烯基超级电容器

LSG-Ecs电容器性能检验：



在1000mv/s的扫描下 的矩形状图如右： 说明了即使没有玻璃 液流收集器、粘合剂、 活性添加剂 其仍具有完美的电容 反应



该图在(100-1000mv/s) 扫描频率和10A/g的电 流密度下取得 可观察到其保持几乎 完美的三角形充放电 曲线 象征了一个有效率和 高速离子传输性能的 LSG电极的形成。
有机电解质的比较试验
用有商业上常用的有机物作 为电解液可允许在很高的电 压下进行操作，因此实现更 高的能量密度。
由以上图形可以再次证明 LSG-EC增强的性能和反应速率 在有机和胶质电解液中数据都 是一致证明其高性能的稳定性
温室离子液体制作的LSG-EC研究
温室离子液体的高密度 （高热功率，不挥发性） 较宽的电势窗
Laser Scribing of High-Performance and Flexible Graphene-Based Electrochemical Capacitors
ABSTRACT
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• 突破电化学电容器低能量密度和低生产速率的限制
• 使用标准光雕刻录DVD光驱对石墨烯氧化物激光直接还原 • 所得电极存在超高能量密度值和循环稳定性 • 并在制造大功率柔性电子产品方向很有前景
解决办法


我们用全固态的操作方法以避免其重新堆叠如上图: 其间我们用光雕刻录DVD光驱红外激光照射薄膜使 其转化为可脱落的LSG(激光划线石墨薄片) 用其做电极组成LSG-Ecs具有超高性能
LSG-Ecs电容器的高性能：




高比表面积(1520m ² /g相较于1000~2000m ² /g的活性炭材料)，使充电储存量高平面体积 堆叠容量 使氧化石墨脱落和形成一个开放的网络结构避 免了石墨烯成块 同时网络结构中开放的毛孔增大可接触比表面 积有利于电子扩散使之有着优秀的电导率 LSG材料展现了很强的机械灵活性，不需要粘 合剂和到导电添加剂即可以作为电极使用



我们通过大范围流量 密度充放电所得各类 电极CC曲线如左上图： 随着电流密度的增加 LSG-Ecs远大于AC-ECs 保持着高电容量 说明了其性能的优异 性 在充放电1000周期循 环之后LSG-Ecs保持了 96.5%的初电容。

阻抗平面图和插入的扩展视 图如下：
显示了甚至在高频率下 (158Hz)仍可看出其为一个纯 电容反应 证实了例子在LSG电极的快 速电子传输能力



原因： 由于LSG电极和电解液的 相互渗透的网状结构极大 的加强了其机械完整性和 增长了其生命周期 卓越的性能拥有巨大的商 业前景！
LSG-EC电极串并联的研究
4个LSG-EC电极串联测试如下图
2个串联2个并联测试结果图
由图看出其出现了4V的放电电压
如图电压增加了2倍并且表现出完美的三角形充放电曲线和非 常小的电压下降 表示完美的电容特性和极小的内电阻 因此其也有极少的能量损失
EC的现状与问题
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• EC在双电层中储存的能量仅4~5Wh/kg 低于Li • 因离子流动快可提供高能量密度养护简单故受到优待
• 石墨基材料电极的高表面积可实现550F/g的高电容
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• 石墨烯基的低成本允许其大规模的制造 Hale Waihona Puke Baidu 但是由于重新堆叠的石墨烯薄片之间范德华力使其表 面积减少导致功率能量密度等性能低于理论值

多种电极材料的频率-相位角图像 对LSG-EC当频率为10Hz时，相位 角为约-90 º ，表明了该装置是一个 完美的电容器。 另外频率为30Hz时相位角为45 º ， 这个特征频率是电阻和电容阻抗等 效的点
LSG-ECs的应用研究：
柔性材料

未来多功能电子设备对轻量柔性能源储存装置要求很高 传统的电池有着易泄露有害物质和难以用作柔性电子使 用 所以我们用聚乙烯-磷酸多聚物胶质电解液
谢谢观看！
优点： 制作简单，更加轻量化 LSG的多孔结构，可储存一 定量的电解液减小扩散距离 怎大离子传输速率 不需粘合减小内表面阻力， 增大反应速率 循环性能稳定
对柔性材料性能的探究实验

现象：在不同压力>=100次测
试下LSG-EcsV-A图： 由图可以看出无论弯曲程度如 何其电容该变量只有5%
我们用1-乙基-3咪唑四 氯硼酸盐(EMIMVlF4)离 子液体来制备LSG-EC显 示了高达5.02mF/cm的 电容和4V的电势窗
用3.5V恒电压充电可以 点亮LED灯24min。
LSG-EC与各种商业电容器的综合对比




测试结果如图： LSG-EC可以达到 1.36mWh/cm是AC-EC的2倍 LSG-EC可以传递20W/cm功 率密度是AC-EC的20倍，高 于500-uAh薄膜锂电池3个 数量级 由于其结构简单，制取便易， 已经以吨级生产了 LSG-EC必将有极大的发展潜 力！