贵州大学Jiao-Jing Shao课题组--微波纹石墨烯片可实现高性能全固态薄膜超级电容器

由于石墨烯的非凡特性和对可穿戴电子产品的日益增长的兴趣，全固态柔性石墨烯基薄膜超级电容器已得到广泛研究。然而，石墨烯片之间的强π-π相互作用降低了电解质离子的可及表面积，这损害了电化学性能。为了解决该问题，在液体中直接还原了基于氧化石墨烯（GO）的凝胶膜前体，并且GO片之间的水分子充当层间间隔物，这显着降低了层间吸引力和摩擦力。石墨烯片由于面内收缩力而收缩，这是因为在还原过程中GO片上的官能团被去除，从而形成了独立的波纹状石墨烯基薄膜。这种波纹状形态有效地减轻了片材的紧密堆积，从而导致更多的表面积暴露于电解质离子中。电化学测量表明，使用这种基于波纹石墨烯的薄膜作为有源电极的柔性薄膜超级电容器显示出大的比电容（127 mF cm^-2，107 F cm^-3），超高的体积能量密度（53.6 W L^-1时为14.8 Wh L^-1；10.4 Wh L^-1为1.134 kW L^-1），并且具有出色的电容保持能力，远远超过了许多以前报道的基于独立式石墨烯的薄膜超级电容器的电容保持能力。

Figure 1. 制备rGO/CNT-c和rGO/CNT-f的示意图。

Figure 2. （a）柔性rGO/CNT-c膜的光学照片。（b）rGO/CNT-f和（c）rGO/CNT-c表面形态的SEM图像。GO/CNT-c和rGO/CNT-f的（d）XRD图，（g）氮吸附/解吸等温线，（h）孔径分布，以及（i）应力应变曲线。

Figure 3. 基于rGO/CNT-f和rGO/NT-c的全固态薄膜超级电容器的（a）CV曲线，（b）GCD曲线，（c）奈奎斯特图，（d）相角与频率的波特图；基于rGO/CNT-c的薄膜超级电容器，e）不同扫描速率下的CV曲线，（f）在不同电流密度下的GCD曲线，（g）面积和体积比电容与电流密度的关系，（h）循环性能和库仑效率。（i）与先前报道的许多其他基于石墨烯的薄膜超级电容器相比，本研究的Ragone图

Figure 4. （a）CV曲线，（b）GCD曲线，以及具有不同质量活性电极材料负载的rGO CNT-c薄膜超级电容器的（c）Bode图和（d）电导率。（e）在不同电流密度下的实际比电容与质量负载的关系。（f）在不同电流密度下的体积比电容与质量负载的关系。（g）比较rGO/CNT-c薄膜超级电容器与许多其他基于石墨烯的薄膜超级电容器的面积和体积电容

Figure 5. rGO/CNT-c薄膜超级电容器在不同弯曲角度下，（a）10 mV/s下的CV和（b）在0.5 mA cm^-2时的GCD曲线。（c）弯曲角度为90°时，电容保持率是循环次数的函数。（d）串联连接的单个、两个和三个rGO/CNT-c薄膜超级电容器的器件，以及它们相应的（e）CV曲线和（f）GCD曲线。（g）并联连接的单个、两个和三个rGO/CNT-c薄膜超级电容器的器件，其（h）GCD曲线。（i）由串联的装置供电的，最低工作电势为3 V的照明灯泡的光学照片。

相关研究成果于2020年由贵州大学Jiao-Jing Shao课题组，发表在Carbon（doi.org/10.1016/j.carbon.2020.01.019）上。原文：Micro-corrugated graphene sheet enabled high-performance all-solidstate film supercapacitor。