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容量提升1.7倍 | 基于还原氧化石墨烯的新型超级电容器材料

作者:中国科学院成都有机化学有限公司 来源:http://www.timesnano.com 日期:2021-01-21 14:07:11


 石墨烯基材料的共价改性被认为是调整其电化学性能和扩大其作为超级电容器电极材料应用的最有前途的方法之一。
托木斯克理工大学(TPU)的研究人员与法国里尔大学的合作者一起,合成了一种基于还原氧化石墨烯(rGO)的新材料,用于储能设备和超级电容器。

还原氧化石墨烯(rGO)改性技术涉及使用有机分子,即高价碘的衍生物,据报道,这种材料能够存储1.7倍以上的电能

 尽管超级电容器有很大的潜力,但它的应用范围并不广泛。为了进一步发展这一技术,需要提高超级电容器的效率。关键挑战之一是提高能源容量。 

 托木斯克理工大学化学与应用生物医学科学研究院副教授兼研究主管Pavel Postnikov说:“在这种特殊情况下,可以通过扩大储能材料rGO的表面积来实现。我们找到了一种简单且快速的方法。我们在温和的条件下使用了特殊的有机分子,而没有使用昂贵且有毒的金属。” 

粉末形式的还原氧化石墨烯被涂在电极上,在电极上留下数百个纳米级的物质层。这些层具有附聚的倾向,即烧结。层间间距必须更高,以扩大材料的表面积。

 为此,研究人员用有机分子修饰了rGO,达到了了层间距增加的目的。透射电子显微镜(TEM)成像显示功能化后,层间距离从0.38纳米增加到0.46纳米。层间间距的微小差异使材料的能量容量提高了1.7倍。也就是说,与原始还原的氧化石墨烯相比,1 g的新材料可存储的能量是其的1.7倍。 

 

该反应继续进行,从碘盐中发展出活性芳烃。它们有一个有趣的特性,可以在材料表面形成一层新的有机基团。
  “改性反应只需将碘盐溶液与还原氧化石墨烯混合即可在温和条件下进行。如果我们将其与其他还原氧化石墨烯功能化方法进行比较,我们的材料能量能力提升指标最高。”托木斯克理工大学化学与应用生物医学科学研究所研究员Elizaveta Sviridova说。

 因此,我们使用功能化rGO(f-rGO)构建了一个对称的超级电容器器件,在功率密度为685.8 W kg−1的情况下,其能量密度为6.7 Wh kg−1。该器件表现出良好的循环稳定性,循环10000次后仍能保持初始电容值的96%左右

 此外,成功地将两个对称的超级电容器设备应用于为家庭设计的风车设备供电3 s。在本研究中获得的结果突出了石墨烯功能化作为制造储能装置中具有增强性能的基于rGO的材料的有效途径的重要性。

 

相关文献:

《Aryne cycloaddition reaction as a facile and mild modification method for design of electrode materials for high-performance symmetric supercapacitor》

doi.org/10.1016/j.electacta.2020.137667.

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