水基鋅離子混合超級電容器由于其二價性、高豐度和穩(wěn)定性而受到廣泛關注。通過集成電池型電極和電容型電極，可以同時實現高能量密度和高功率輸出。然而，仍然存在許多問題，包括但不僅僅是氫析出反應，枝晶生長，和在低溫下顯著的容量損失。本工作提出了一種以1M Zn(CH
3COO)
2和20
M CH
3COOK為基礎的混合型“鹽包水”水凝膠電解質，通過抑制水分子的分解，將ZHSC的電壓窗口擴大到0-2.1 v。在功率密度為487.5 w/kg
-1的條件下，水溶性ZHSC的最大能量為100.2 wh/kg
-1，循環(huán)穩(wěn)定性好，循環(huán)4000次后電容保留率達99.5% 。采用聚丙烯酸鉀/羧甲基纖維素水凝膠電解質(含1M Zn(CH
3COO)
2和20 M CH
3COOK組裝而成的柔性準固態(tài)ZHSC，在功率密度為383.3 w kg
-1的條件下，具有良好的低溫適應性和耐磨儲能性能，能量密度為106.5 wh kg
-1。
Figure 1. ZHSCs設備結構及工作原理圖。
Figure 2. a) N/P共摻雜石墨烯水凝膠反應示意圖;b) N 1s和c) P 2p 的XPS光譜。
Figure 3. a)拉曼光譜，b)電壓窗，c)差示掃描量熱法(DSC)從−70℃到70℃的曲線，以及d) 1 M Zn(CH
3COO)
2和不同濃度的CH
3COOK在開放氣氛下的重量保留。
Figure 4. a) CV曲線，b) GCD曲線，c)比電容，d)以1 M Zn(CH
3COO)
2和28
M CH
3COOK為基礎的NP-rGO水溶液ZHSC的EIS;e)器件的電化學反應動力學;f) 5
−~ 50 mV s
−1的擴散貢獻和電容貢獻。
Figure 5. a) NP-rGO//NP-rGO超級電容器與1 M Zn(CH
3COO)
2和28 M CH
3COOK水溶液ZHSC的自放電曲線;b) ZHSC水溶液在5 A g
−1條件下循環(huán)4000次的穩(wěn)定性和庫侖效率;c) Zn陽極經過4000次循環(huán)后的XRD和d) SEM圖像。
Figure 6. a)柔性準固態(tài)ZHSC結構示意圖;b) CV曲線和c)柔性ZHSC的比電容;d)柔性ZHSC與所報告柔性器件的Ragone圖;e)柔性ZHSC在5 A g
−1下8000次循環(huán)的循環(huán)穩(wěn)定性和庫侖效率;f)柔性ZHSC在10 mV s
−1時的CV曲線，g)柔性ZHSC在1 A g
−1時的比電容;h)柔性ZHSC在不同彎曲條件下的圖像。
Figure 7. ) 10 mV s
−1時的CV曲線，b) 1 a g
−1時的比電容，c)柔性ZHSC在−15、25和65℃時的EIS;d) LED和并聯的定時器由一個柔性的ZHSC在冰上供電。
相關研究工作由中國科學技術大學Lifeng Yan課題組于2021年發(fā)表在《Adv. Sustain. Syst》上，原文：Flexible Quasi-Solid-State High-Performance Aqueous Zinc Ion Hybrid Supercapacitor with Water-in-Salt Hydrogel Electrolyte and N/P-Dual Doped Graphene Hydrogel Electrodes。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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