DY作者：Li Ma, qiuming gao
通訊作者：Weiqian Tian, Qiang Zhang, Hong Xiao,Zeyu Li, Hang Zhang, and Xuehui Tian
DOI:10.1007/s12274-020-2766-0
IF：7.411 一區

本文亮點

綠色可持續科技，超級電容器，氧化石墨烯、大尺寸還原氧化石墨烯、低電荷轉移電阻、防火安全、高溫穩定、離子液體基超級電容器

前言

2018年，CHemsus Chem 雜志發表了北京航空航天大學科研團隊在高性能電極的研究成果。該工作報道了具有低電荷轉移電阻的大尺寸還原石墨烯氧化物作為不燃性高溫穩定的高性能電極的研究。

研發背景

大尺寸還原氧化石墨烯MRG-900-10，橫向尺寸為數微米，厚度為4-6單片，通過微波間歇加熱和萃取聯合工藝制備。MRG-900-10具有較高的C/O摩爾比(5.89)和sp2 C含量(69.0%)，使得樣品中的電子傳遞速度快。此外，MRG-900-10具有568.2 m2 g-1的大比表面積，增加了活性材料與電解質的接觸表面積，從而提高了超級電容器電極材料中電子和離子在界面上的傳輸速度。MRG-900-10具有較低的電荷轉移電阻（約0.36Ω）。

在6M KOH水電解液中作為超級電容器的電極材料使用時，在0.5A g-1的電流密度下，MRG-900-10具有327.6F g-1的高比容量。在100 A g-1的高電流密度下，可獲得248.3F g-1的比容量，表明其具有高速率特性。而在5 A g-1的電流密度下，經過4萬次循環后，可以保持92%的初始容量，說明其循環穩定性高。至于MRG-900-10對稱超級電容器，在6 M KOH水溶液和1 MTEABF4/ACN有機電解質中分別獲得11.0和36.2 Wh kg-1的能量密度。

重要的是，在不可燃的EMIMTFSI/ACN-80離子液體電解質中獲得了68.6 Wh kg-1的高能量密度，并且超級電容器在室溫至100℃的范圍內都是有效的。

圖標解析

Figure 1 制備MRG-900-10時不同微波加熱時間下反應液的光學照片。

Figure 2 (a和b)不同放大倍數的SEM圖像，(c)TEM，(d)HRTEM和(e)SAED圖像的MRG-900-10樣品。

Figure 3 (a) GO和MRG樣品的XRD模式和(b)拉曼光譜。

Figure 4 MRG樣品的XPS C1s光譜圖

Figure 5 (a)N2吸附-解吸等溫線和(b)基于DFT方法的MRG樣品的孔徑分布。

Figure 6 (a)三電極配置系統中6 M KOH中MRG-900-10電極的CV曲線，(b)不同掃描速率下由CV曲線計算出的MRG-x-10電極的比容量；(c)三電極配置系統中6 M KOH中MRG-900-10電極的galvanostatic充放電曲線。(d)高倍率下的Nyquist圖和用于分析MRG-900-10超級電容器的EIS數據的等效電路圖，以及(e)MRG-900-10超級電容器的重力容量的頻率響應。

Figure 7 (a-c)靜電荷/放電曲線和(d)MRG-900-10對稱超級電容器在6 M KOH中以5 A g-1的恒定電流密度經過40 000次循環后的長期循環穩定性。(b)中的插圖顯示了在5 A g-1的電流密度下3,5000次循環后的GCD曲線。

 Figure 8 MRG-900-10超級電容器在6 M KOH、1 M TEABF4/ACN和1 M EMIMBF4/ACN電解質體系中的Ragone圖，并給出了zui先進的碳材料的典型報道值進行比較，(b)EMIMTFSI-0、20、40、60、80和100電解質的可燃性測試，(c)以EMIMTFSI-80為電解質的超級電容器在20、40、60、80、100oC下測試和冷卻至室溫后的CV曲線。

全文小結

通過快速GX的間歇加熱微波還原法巧妙地合成了大尺寸rGO MRG-900-10，并創造性地選擇乙酸乙酯作為沉淀劑，從穩定的DMA分散體中分離出來。大量的sp2 C和較少的缺陷納米片已被發現為MRG-900-10樣品，這可能會導致樣品中電子傳輸速度快。MRG-900-10樣品具有較大的比表面積，可以增加活性材料與電解液的接觸面，從而提高了超級電容器電極材料中電子和離子在界面上的傳輸。

MRG-900-10樣品獲得了較低的電荷轉移電阻，這不僅可以使基于MRG-900-10的超級電容器在水性和有機電解質體系中具有較高的性能，而且還可以在離子液體電解質體系中組裝超級電容器，即使電解質是高粘度和低潤濕性。在優化后的離子液體EMIMTFSI-80電解液中，獲得了高能量密度、消防安全性能和高溫穩定性。MRG-900-10材料先進的電化學性能對于超級電容器的利用，特別是在消防安全和/或高溫等極端條件下，顯然是非常有價值的。

祥鵠科技-本文所使用的產品

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