中国科学院金属研究所Feng Li 课题组--批量制备碳化钒/石墨烯电极，用于柔性微型超级电容器

微型超级电容器（MSC）具有极高的功率密度和超长的循环寿命，在微型电源领域具有广阔的应用前景。然而，高能量密度柔性MSC的可扩展制造仍然是一个重大挑战。研究通过高效连续离心浇铸方法制备偏钒酸铵/氧化石墨烯（NH₄VO₃/GO）薄膜，再通过激光刻划来制备碳化钒/还原氧化石墨烯（V₈C₇/rGO）MSC。在30分钟内，可在柔性基板上生产20多个MSC，显示出可扩展制造的潜力。激光诱导的V8C7/rGO显示出高度多孔的微观结构，其中碳化钒纳米颗粒被原位合成并均匀地修饰在石墨烯纳米片上。定义良好的体系结构赋予V₈C₇/rGO MSC优异的电化学性能。这些设备的面积电容可高达49.5 mF cm⁻²，比rGO-MSCs高11倍。体积能量密度和功率密度可高达3.4 mWh cm^-3和401 mW cm^-3 ，与商用储能设备和大多数报道的MSC相竞争。此外，V₈C₇/rGO MSC具有良好的灵活性和可集成性，以及较长的循环寿命，具有良好的实际应用前景。V₈C₇/rGO MSCs优异的电化学性能使其成为理想的微型电源。本文开发的石墨烯基MSC的制造方法也有望进一步用于其他柔性微器件和微系统的设计、可扩展制造和集成，以实现多样化的应用。

Figure 1. （a）V₈C₇/rGO MSCs的制造过程和（b）V₈C₇/rGO形成机制的示意图。

Figure 2. V₈C₇/rGO电极的结构表征。（a）-（c）XRD图和（d）不同激光功率下V₈C₇/rGO电极的相应C/O原子比的XRD图（e）V₈C₇/rGO 电极在390 mW时C 1s和（f）V 2p 的XPS图，注：0 mW 对应于激光划线前的原始薄膜。

Figure 3. V₈C₇/rGO电极在390 mW时的SEM表征。（a）和（b）侧视图以及（c）和（d）不同放大倍数下的俯视SEM图。

Figure 4. V₈C₇/rGO电极在390 mW时的TEM表征。（a）和（b）不同放大倍数下的TEM图。（c）HRTEM图。（d）C、V和O元素的HAADF-STEM图和相应的EDS图。

Figure 5. V₈C₇/rGO MSCs的电化学表征。（a）不同激光功率下V₈C₇/rGO MSCs 在1mV s^-1 时的CV曲线。（b）390 mW下V₈C₇/rGO MSCs在不同扫描速率时的CV曲线。（c）不同激光功率下V₈C₇/rGO MSCs在13mA cm^-2时的GCD曲线。（d）390 mW下V₈C₇/rGO MSC在不同电流密度时的GCD曲线。（e）不同激光功率下V₈C₇/rGO MSCs面积比电容与电流密度的关系。（f）不同激光功率下 V₈C₇/rGO MSCs和rGO MSCs在13mA cm^-2时的面积比电容比较。（g）390 mW下V₈C₇/rGO MSC体积比电容与电流密度的关系。（h）390 mW下V₈C₇/rGO MSC 与390 mW下rGO MSC，市售的储能设备（锂薄膜电池），铝电解电容器，商用超级电容器(SC)和活性炭超级电容器(AC-SC)的Ragone图。（i）390 mW下 V8C7/rGO MSC在651mA cm^-2下的循环稳定性测试。

Figure 6 V₈C₇/rGO MSC在390 mW时具有优异的灵活性和可集成性。不同弯曲角度下MSCs在2 mV s^-1下的（a）照片和（b）CV曲线。（c）在13 mA cm^-2下充电至3.2 V后，由四个串联的MSC供电的LED照片。串联或并联的两个MSC在2 mV s^-1（d）的CV曲线和在6 mA cm^-2时的GCD曲线。

相关研究成果由中国科学院金属研究所Feng Li 课题组于2021年发表于《Carbon》（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.07.066）上。原文：Scalable fabrication of vanadium carbide/graphene electrodes for high-energy and flexible microsupercapacitors。