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北京大學Jin Zhang課題組--具有直線性離子電容的垂直石墨烯陣列用于交流濾波電容器
       高頻響應電化學電容器(EC) 作為一種理想的輕型濾波電容器,可以直接將交流電 (AC) 轉換為直流電 (DC)。然而,電流電極被卡在有限的電極面積和彎曲的離子傳輸中。這里,通過電場輔助等離子體增強化學氣相沉積,成功制備了垂直的石墨烯陣列(SVGAs)電極,如此設計的獨特結構確保了離子在石墨烯表面實現快速吸附/脫附。即使在500,000次循環后,SVGAs在φ120 = 80.6°時仍表現出優異的比表面積電容(1.72 mF cm-2),遠優于大多數碳相關的電極材料。值得注意的是,當使用有機電解質時,輸出電壓可以提高到2.5 V。還實現了超高的能量密度達0.33μWh/cm2。此外,ECs-SVGAs能夠很好地將任意交流波形平滑成DC信號,表現出優異的濾波性能。
 
 
Figure 1. 電極材料的合成工藝和形貌表征。a EF-PECVD過程生長SVGA的示意圖,和構建基于 SVGA 的 EC 裝置示意圖。b、c SVGA 的橫截面和俯視SEM 圖像。d 柔性和可加工性SVGAs 電極的數碼照片。
 
 
Figure 2. QVGA 和 SVGA的結構和電化學性能比較。a, b QVGA 和 SVGA 的橫截面SEM 圖像。c、d 相位角和面積比電容 (CA) 與頻率的關系圖。e, f離子分別在 QVGA 和 SVGA 中擴散的示意圖。
 
  
Figure 3.不同高度的SVGA基ECs 的電化學特性。a Nyquist 圖。b,c EC-SVGA 的 Φ 和 CA 與頻率的關系圖。d EC-SVGA 的 Φ 和 CA 與報道的值相比較。
 
 
Figure 4.EC-SVGA-2的電化學性能。a EC-SVGA-2 在高掃描速率下(1000 V s-1)的CV 曲線。b 在0.5 V電壓下放電電流密度與掃描速率的關系。c 在不同電流密度下的恒電流充放電曲線。d 電壓降和庫侖效率。e EC-SVGA-2的循環穩定性評估。
 
 
Figure 5. EC-SVGA-2 的過濾性能。a平滑交流信號的電路示意圖。b, c 單個EC-SVGAs在水性電解質中的過濾性能。d-f串聯連接的EC-SVGA 在水性電解質中的過濾性能。g-I 單個EC-SVGA在有機電解液中的過濾性能。
  
       該研究工作由北京大學Jin Zhang課題組于2021年發表在Angewandte Chemie International Edition期刊上。原文:Vertical Graphene Arrays with Straightaway Ions Capacitance for AC Line-Filtering Capacitors。

轉自《石墨烯研究》公眾號

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