容量提升1.7倍 | 基于還原氧化石墨烯的新型超級電容器材料
作者：中國科學(xué)院成都有機化學(xué)有限公司 來源：http://www.www.ttsy-cn.com 日期：2021-01-21 14:07:11
石墨烯基材料的共價改性被認(rèn)為是調(diào)整其電化學(xué)性能和擴大其作為超級電容器電極材料應(yīng)用的最有前途的方法之一。
還原氧化石墨烯（rGO）改性技術(shù)涉及使用有機分子，即高價碘的衍生物，據(jù)報道，這種材料能夠存儲1.7倍以上的電能。
盡管超級電容器有很大的潛力，但它的應(yīng)用范圍并不廣泛。為了進一步發(fā)展這一技術(shù)，需要提高超級電容器的效率。關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是提高能源容量。
托木斯克理工大學(xué)化學(xué)與應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院副教授兼研究主管Pavel Postnikov說：“在這種特殊情況下，可以通過擴大儲能材料rGO的表面積來實現(xiàn)。我們找到了一種簡單且快速的方法。我們在溫和的條件下使用了特殊的有機分子，而沒有使用昂貴且有毒的金屬。”
粉末形式的還原氧化石墨烯被涂在電極上，在電極上留下數(shù)百個納米級的物質(zhì)層。這些層具有附聚的傾向，即燒結(jié)。層間間距必須更高，以擴大材料的表面積。
為此，研究人員用有機分子修飾了rGO，達到了了層間距增加的目的。透射電子顯微鏡（TEM）成像顯示功能化后，層間距離從0.38納米增加到0.46納米。層間間距的微小差異使材料的能量容量提高了1.7倍。也就是說，與原始還原的氧化石墨烯相比，1 g的新材料可存儲的能量是其的1.7倍。
該反應(yīng)繼續(xù)進行，從碘鹽中發(fā)展出活性芳烴。它們有一個有趣的特性，可以在材料表面形成一層新的有機基團。
“改性反應(yīng)只需將碘鹽溶液與還原氧化石墨烯混合即可在溫和條件下進行。如果我們將其與其他還原氧化石墨烯功能化方法進行比較，我們的材料能量能力提升指標(biāo)最高。”托木斯克理工大學(xué)化學(xué)與應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所研究員Elizaveta Sviridova說。
因此，我們使用功能化rGO（f-rGO）構(gòu)建了一個對稱的超級電容器器件，在功率密度為685.8 W kg−1的情況下，其能量密度為6.7 Wh kg−1。該器件表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)10000次后仍能保持初始電容值的96%左右。
此外，成功地將兩個對稱的超級電容器設(shè)備應(yīng)用于為家庭設(shè)計的風(fēng)車設(shè)備供電3 s。在本研究中獲得的結(jié)果突出了石墨烯功能化作為制造儲能裝置中具有增強性能的基于rGO的材料的有效途徑的重要性。
相關(guān)文獻：
《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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