对称超级电容器:硫化石墨烯和离子液体

对称超级电容器装置相对于单个超级电容器,具备如下优势,在大的电压窗口和高能量密度下仍表现出较好的稳定性。石墨烯具有高表面积、良好的电子导电性和高的电化学稳定性,这些优势使其成为超级电容器应用领域的理想候选者之一。由于离子液体在大的电压窗口下具有好的稳定性、良好的离子导电性且对环境友好,因此它已被用作电解液应用于超级电容器。对于高性能超级电容器而言,离子液体电解质与石墨烯之间的相互作用关键在于提高了电荷传输的速率。为此,采用简单的化学方法合成了一种三维(3D)纳米多孔的蜂窝状硫嵌入石墨烯(简写为S-石墨烯)。这里,以S-石墨烯为电极,以[BMIM-PF6]为电解质,构建了一种高性能的对称超级电容器装置。S-石墨烯固有的特殊结构有利于减少离子扩散阻力,为电荷传输及有效储存提供了大的表面积。组装的对称超级电容器器件下显示出3.2 V的大电压窗口,在0.2 A g-1恒定电流密度下,能量密度高达124 Wh kg-1。此外,该装置还具有良好的循环性能(稳定性),即使在较高电流密度(2 A g-1)下,经20000循环后其电容保持率达95%。

Figure 1.形成S-石墨烯可能的生长机理。

Figure 2. S-石墨烯的XRD图。

Figure 3. S-石墨烯的(a)低倍FE-SEM图和(b)高倍FE-SEM图。

Figure 4. S-石墨烯的BET测量曲线。插图是孔体积与孔直径函数关系图,显示了孔径分布情况。

Figure 5.组装的对称超级电容器在[BMIM-PF6离子液体中的电化学表征。(a)不同扫速下的CV曲线;(b)不同电流密度下的充放电行为;(c)能量密度和功率密度的Ragone曲线;(d)稳定性测量,循环次数高达20000圈

该研究工作由印度的Shivaji大学Pramod S. Patil课题组于2018年发表在Journal of Colloid and Interface Science期刊上,原文:Symmetric supercapacitor: Sulphurized graphene and ionic liquid(https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.05.022)

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责任编辑:马嘉悦
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