中科院金屬研究所與國外合作《Nature Energy》：在石墨烯制成快速充電，長時間運行，彎曲式電容器儲能突破研究進展

 

       本文要點：

       開發出一種由石墨烯制成的新型可彎曲超級電容器，該電容器可快速充電并安全地存儲創紀錄的高水平能源，以供長期使用。

 

       一、成果簡介

       超級電容器在小型化的電子產品和電動汽車上顯示出了非凡的前景，但通常受到體積性能相當低的電極的限制，這在很大程度上是由于電荷存儲中孔的利用效率低下。中國科學院金屬研究所與英國倫敦大學學院合作，在《自然-能源》(Nature Energy) 在線發表題為《可調層間距、高效孔利用石墨烯薄膜的電化學電容儲能研究》（Tuning the interlayer spacing of graphene laminate films for efficient pore-utilization towards compact capacitive energy storage）的研究論文。設計了一種片層間距可調節的復合石墨烯基薄膜，該電極具有高效的孔利用率，可以緊湊地存儲電容性能量。

       可以精確調節該膜的層間距，這使得孔隙率可調。通過系統地調整電解質離子的孔徑，可以優化利用孔隙，從而使體積電容最大化。因此，制造的超級電容器可提供88.1Whl^-1的堆體積能量密度在離子液體電解質中的應用，代表了對于優化致密能量存儲孔隙率的關鍵突破。此外，經過優化的薄膜電極被組裝成基于離子凝膠的全固態柔性智能設備，具有多個可選輸出和出色的穩定性，在實際應用中證明了其作為便攜式電源的巨大潛力。

 

       二、圖文導讀 

圖1. 片層間距可調節的復合石墨烯薄膜的制備過程。

圖2. 片層間距可調節的復合石墨烯薄膜的結構表征。

圖3. 片層間距可調節的復合石墨烯薄膜的電化學表征。

圖4. 電化學電容器性能。

圖5. 制作全固態電化學電容器及其智能設計。

 

       三、小結

       研究人員制備了不同比例的氧化石墨烯和熱膨脹還原石墨烯的混合溶液，經過真空抽濾，得到片層間距可調節的復合石墨烯基薄膜。通過調控片層間距，實現了優化整個電極材料孔隙率的效果。當電極材料的孔隙尺寸與電解液的離子尺寸相匹配時，孔隙的空間利用達到了最優化，從而極大化了體積能量密度。在此基礎上，科研人員設計了全固態柔性電化學電容器，石墨烯薄膜電極材料本身良好的彎折性能，保證了整個器件的柔性，并進一步發展了智能器件，通過根據實際需求改變電路連接方式，實現了不同的輸出效果。

 

       文獻：Tuning the interlayer spacing of graphene laminate films for efficient pore utilization towards compact capacitive energy storage

       作者：Zhuangnan Li? ?, Srinivas Gadipelli? ?, Hucheng Li, Christopher A. Howard? ?, Dan J. L. Brett, Paul R. Shearing, Zhengxiao Guo?*, Ivan P. Parkin?* and Feng Li?*

       鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-020-0560-6