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东华大学Kun Zhang课题组--等离子体处理提高石墨烯纤维超级电容器的电化学性能
出处:  录入日期:2019-01-09  点击数:57

      基于石墨烯纤维的超级电容器(GFSC)具有高功率密度、快速充放电速率、超长循环寿命、出色的机械/电气性能以及安全的操作条件,使它们非常适合为小型可穿戴电子设备供电。然而,电化学性能仍然受到石墨烯片的严重堆积、石墨烯纤维的疏水性和复杂制备过程的限制。在这项工作中,我们开发了一种简便但稳健的策略,通过简单的等离子体处理提高全固态GFSC的电化学性能。我们发现,与制备的GFSC相比,在环境条件下,经过1分钟的等离子体处理,导致面积比电容(36.25 mF/cm2)增强33.1%。聚乙烯醇/H2SO4凝胶电解质的能量密度达到0.80 μWh/cm2,聚偏二氟乙烯/乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐电解质的能量密度达到18.12 μWh/cm2,是制备者的22倍。经过等离子体处理的GFSC还具有超高速率能力(对于40 s经过等离子体处理的GFSC具有69.13%)和优异的循环稳定性(经过20 000次循环后,经等离子体处理1分钟后的电容保留率为96.14%)。这种等离子体策略可以扩展到大规模制造高性能碳质纤维基超级电容器,如石墨烯和碳纳米管基超级电容器。

Fig. 1. GFs的制备方法和等离子体处理的示意图。

  Fig. 2. GF和PGF的SEM图:(a)所制备的GF的横截面图;(b)制备的GF的表面图像;(c)PGF(1分钟)的横截面图;(d)PGF的表面图像。

  Fig. 3. 不同处理时间,所制备的GFs和PGFs的EC性能。(a)CV曲线;(b)GCD曲线;(c)从GCD测试中获得,制备的GFs和PGFs,在不同电流密度下的比电容;(d)等离子体处理不同时间,GFSCs的Ragone图。

  Fig. 4. 所制备的GFs和PGFs(1分钟)的(a)氮吸附-解吸等温线和(b)孔径分布;(c)制备的GFs和PGFs(1分钟)的不同孔体积百分比;(d)GFs上,水滴的光学显微图像,以确定接触角:所制备的(左)GF,(右)PGF;(e)等离子体处理不同时间,GFs的电导率;(f)GFs和PGFs的Nyquist图。

  Fig. 5. (a)在弯曲状态下,经等离子体处理1分钟后,GFSC的CV曲线;(b)在不同弯曲角度下,经等离子体处理1分钟后,GFSC的GCD曲线;(c)串联连接四片等离子体处理1分钟后的GFSC,连接至LED后的数码照片;(d)经等离子体处理1分钟后,GFSC的循环稳定性。

 

  相关研究成果于2018年由东华大学Kun Zhang课题组,发表在ACS Appl. Mater. Interfaces(DOI: 10.1021/acsami.8b04438)上。原文:Enhancing Electrochemical Performance of Graphene Fiber-Based Supercapacitors by Plasma Treatment(ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 13652−13659)。

 

  来源:石墨烯杂志

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