辽宁科技大学等《JCIS》:简易制备3D碳纳米管/石墨烯气凝胶,用于高性能超级电容器

这项工作表明,不同性能的碳材料的兼容性对制造在极端条件下工作的高性能超级电容器非常重要,而引入DES将有效地扩展超级电容器的工作温度范围。

成果简介

辽宁科技大学等《JCIS》:简易制备3D碳纳米管/石墨烯气凝胶,用于高性能超级电容器

在众多的超级电容器电极材料中,碳材料因其大的比表面积、良好的导电性和高经济效益而被广泛使用。然而,碳基超级电容器面临着能量密度低和工作环境有限的挑战。本文,辽宁科技大学Zhenjie Lu等在《J COLLOID INTERF SCI》期刊发表名为“S/N-codoped carbon nanotubes and reduced graphene oxide aerogel based supercapacitors working in a wide temperature range”的论文,研究报告了一种简单的自组装方法来制备三维碳纳米管/还原氧化石墨烯(CNTs/rGO)气凝胶材料,该材料被应用于对称超级电容器的正负电极。所制备的超级电容器不仅在室温下,而且在极端温度下(-20∼80℃)也表现出突出的电容性能。

基于CNTs/rGO的重量比为2:5的对称超级电容器在以KOH为电解质的情况下,在25℃和80℃时的比电容分别达到107.8和128.2Fg-1,在以深共晶溶剂为电解质的情况下,在-20℃和60℃时的比电容分别为80.0和144.6Fg-1。值得注意的是,在广泛的温度范围内,经过20000次充放电测试,组装的超级电容器的电容保持率和库仑效率几乎没有变化。这项工作为开发在极端温度下灵活操作的高性能超级电容器提供了可能性。

图文导读

辽宁科技大学等《JCIS》:简易制备3D碳纳米管/石墨烯气凝胶,用于高性能超级电容器

图1.氧化还原自组装CNT/rGO气凝胶的制备工艺示意图及其作为极端环境下对称超级电容器器件电极的应用。

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图2.(a) CNTs1/rGO5、(b) CNTs2/rGO5 和 (c) CNTs3/rGO5 的 SEM 图像。

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图3.(a)GOx、CNTs1/rGO5、CNTs2/rGO5和CNTs3/rGO5的XRD图案;(b)CNTs1/rGO5、CNTs2/rGO5和CNTs3/rGO5的拉曼光谱。

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图4. CNTs1/rGO5、CNTs2/rGO5和CNTs3/rGO5在三电极电化学系统中的性能

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图5. 基于CNTs2/rGO5的超级电容器在不同温度(25、40、60和80℃)下以3M KOH溶液为电解质的电化学性能。

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图6. 基于CNTs2/rGO5的超级电容器在不同温度(-20、0、25、40和60℃)下以DES为电解质的电化学性能。

小结

这项工作表明,不同性能的碳材料的兼容性对制造在极端条件下工作的高性能超级电容器非常重要,而引入DES将有效地扩展超级电容器的工作温度范围。

文献:https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.02.013

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