鋰離子電容器(LIC)作為一種有前途的儲(chǔ)能系統(tǒng)，在高能量密度和功率密度儲(chǔ)能器件方面顯示出巨大的潛力。但受限于陽(yáng)極倍率性能差、陰極容量不足，其性能有待進(jìn)一步提升。這里，通過(guò)快速自蔓延高溫合成工藝，制備了石墨烯/軟碳復(fù)合材料（G/SC），和石墨烯/活性炭復(fù)合材料（G/AC），該復(fù)合物同時(shí)結(jié)合了石墨烯和碳材料的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于陽(yáng)極，石墨烯豐富了軟碳的反應(yīng)界面，改善了電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。因此，G/SC表現(xiàn)出優(yōu)越的倍率性能。同時(shí)，由于優(yōu)良的石墨烯網(wǎng)絡(luò)，G/AC顯示出顯著增強(qiáng)的電導(dǎo)率（2941S·m-1），以及84%的出色電容量保持率。基于G/SC和G/AC的LIC顯示出高的能量密度達(dá)151W h kg-1以及高功率密度（18.9 kW kg-1）。G/SC可以大規(guī)模合成，組裝成大容量的LIC軟包電池(1170 F或650mA·h)，表現(xiàn)出優(yōu)異的能量密度 (基于設(shè)備的總質(zhì)量)，和出色的循環(huán)性能(在10000次循環(huán)后，容量保持率為93.8%)。這項(xiàng)工作為超快速制造石墨烯基碳材料用于高性能鋰離子電容器提供了一個(gè)通用而有效的方案。
Figure 1. 石墨烯復(fù)合材料制備示意圖。（a）自蔓延高溫合成工藝示意圖；(b)和(c)自蔓延反應(yīng)示意圖；(d)使用G/SC 和 G/AC組裝LIC的示意圖；(e)大規(guī)模制備G/SC的照片，以及使用G/SC組裝的相應(yīng)大容量LIC軟包電池。
Figure 2. G/SC 復(fù)合材料的形貌分析。（a-c）SEM圖像；(d-f)TEM圖以及HRTEM圖。
Figure 3．G/AC 的SEM和TEM分析。（a-c）SEM圖像；(d-f)TEM圖以及HRTEM圖。
Figure 4．G/AC//G/SC LICs的電化學(xué)性能。（a）具有不同陽(yáng)極和陰極質(zhì)量比的G/AC//G/SC LICs的倍率性能比較；（b）G/AC//G/SC LICs在不同掃描速率下的CV曲線；（c）不同電流密度下的放電曲線；（d）倍率性能比較；（e）能量密度和功率密度相關(guān)的曲線；（f）G/AC//G/SC LICs的循環(huán)性能。
Figure 5. AC//G/SC LIC的電化學(xué)性能。(a)在1–200 C的2–4 V電壓范圍內(nèi)，AC//G/SC LIC的放電容量；(b)在1–200 C下LIC軟包電池的充電和放電曲線；(d) LIC軟包電池在50 C下的循環(huán)性能。
該研究工作由中國(guó)科學(xué)院電氣工程研究所Yanwei Ma課題組于2021年發(fā)表在J. Mater. Chem. A期刊上。原文：A general route for the mass production of graphene-enhanced carbon composites toward practical pouch lithium-ion capacitors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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