华侨大学材料科学与工程学院JiaoJuan Chen等–吩噻嗪/还原氧化石墨烯复合材料作为锂离子电容器的赝电容正极

锂离子电容器中正极的比容量大大低于负极的比容量，导致器件的能量密度受到限制。为了提高正极的比容量，本文引入氧化还原吩噻嗪，在水热条件下合成了性能优越的吩噻嗪/还原氧化石墨烯复合正极。由于吩噻嗪产生赝电容，优化后的复合正极在比表面积较低的情况下，放电比容量(0.5 A g^–1下为86.6 mAh g^–1)高于还原氧化石墨烯正极(36.2 mAh g^–1)。此外，该复合正极在0.5 A g^–1的锂半电池中表现出优异的循环性能，在700次循环结束时容量保持能力为80.4%。此外，当与碳管负极配对时，所构建的锂离子电容器(114.4 ~ 17.8 Wh kg^–1)比正极中没有吩噻嗪的器件(57.0 ~ 1.9 Wh kg^–1)具有更大的能量密度。吩噻嗪的引入并没有降低器件的功率密度。此外，该复合正极器件具有良好的循环稳定性，即使在8000次循环后，容量衰减率也低至12.7%。

图1. PTZ/rGO复合材料的合成工艺示意图。

图2. (a) rGO和(b) PTZ/ rGO -0.5的SEM图像。(c) PTZ/rGO-0.5的TEM照片。(d) PTZ/rGO-0.5的EDX光谱。(d) PTZ/rGO-0.5的的EDS元素映射。

图3. (a)氧化石墨、PTZ、rGO及PTZ/rGO复合材料的XRD谱图。(b) PTZ、PTZ/rGO-0.5和rGO的FTIR光谱。rGO与PTZ/rGO复合材料的(c)氮气吸附和解吸等温线和(d)孔径分布曲线。

图4. PTZ/rGO-0.5复合材料的HRXPS光谱:(a)碳1s， (b)氧1s， (c)氮1s和(d)硫2p。

图5. (a)循环伏安曲线和(b) PTZ/rGO-0.5复合材料的恒流充放电曲线。PTZ、rGO和PTZ/ rGO复合材料的(c)循环寿命和(d)倍率性能。

图6. PTZ/rGO-0.5正极的电化学动力学分析:(a) 0.6-1.4 mV s^-1扫描速率下的循环伏安图，(b)基于正极/负极电流响应的log(i)-log(v)关系，(c)基于1mv s^-1循环伏安曲线的动力学分析(电容贡献通过黄色阴影部分显示)，(d)不同扫描速率下扩散控制和电容贡献的百分比。

图7. (a)循环伏安曲线，(b) GCD曲线，(c)循环寿命，(d)CT负极的倍率性能。

图8. CT//PTZ/rGO-0.5 LIC的(a)CV图和(b) GCD图。CT//PTZ/rGO-0.5和CT//rGO LICs的(c)Ragone图和(d)循环稳定性。

相关研究成果由华侨大学材料科学与工程学院、福建省光电功能材料重点实验室、友好功能材料教育部工程研究中心Jiao-Juan Chen等人于2022年发表在Electrochimica Acta (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.141340)上。原文：Phenothiazine/reduced graphene oxide composite as a pseudocapacitive cathode for lithium ion capacitors。