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廣東工業(yè)大學Cheng Zheng課題組--用于高容量鋅離子存儲的具有定制孔結構的高密度三維石墨烯陰極
       基于多價離子存儲原理的鋅離子混合超級電容器(ZHCs),,被認為是大規(guī)模儲能裝置的一種有前景的候選材料。然而,隨著對便攜式和小型化能量存儲裝置需求的增長,如何在有限的體積內獲得足夠的能量輸出尤為關鍵,因此需要實現高體積能量密度而不犧牲功率密度。在此,設計了一種致密的三維多孔石墨烯陰極(3D-PG-1),通過短時間的毛細蒸發(fā)干燥了石墨烯水凝膠,既獲得了多孔結構又保障了高密度的特性。3D-PG-1的孔徑范圍為0.6-10 nm,其中微孔提供了高容量特性,而中孔有助于Zn2+的快速傳輸,結合1.38 g·cm-3的高密度,協同實現了高的體積電容量。因此,基于3D-PG-1陰極的ZHC在0.1 A g-1電流密度時,實現了299 F cm-3的高容量,還顯示出優(yōu)異的長時間循環(huán)穩(wěn)定性(30000次循環(huán)后,有85%的電容保留率)。功率密度為116 W L-1時,體積能量密度高達118 Wh·L-1。
 
 
Figure 1. 3D-PG-1陰極和鋅陽極組裝的ZHC工作機制示意圖。
 
  
Figure 2. (a,b)3D-PG-1和3D-PG-2的光學照片(不同干燥方法前后的照片);(c,d)3D-PG-1和3D-PG-2的SEM圖像;(e)和(f)3D-PG-1和3D-PG-2的放大SEM圖像;(g)N2吸附-解吸等溫線;(h)3D-PG-1和3D-PG-2的孔徑分布(藍色區(qū)域為微孔,綠色為中孔,黃色為大孔)。
 
 
Figure 3.(a) 3D-PG-1和(b) 3D-PG-2的HRTEM圖像和相應的EDS元素分布;(c)XRD圖譜;(d)拉曼光譜;XPS光譜包括3D-PG-1和3D-PG-2的(e)C 1s和(f)O 1s;和(g)3D-PG-1和3D-PG-2中不同含氧官能團的百分比例。
 
 
Figure 4.不同樣品的電化學性能:(a,b)不同電流密度下的倍率性能;(c,d)GCD曲線;(e)3D-PG-1和3D-PG-2陰極的電化學阻抗譜;(f,g)不同電流密度下的短期以及長期的循環(huán)穩(wěn)定性。
  
        該研究工作由廣東工業(yè)大學Cheng Zheng課題組于2021年發(fā)表在Carbon期刊上。原文:High-density three-dimensional graphene cathode with a tailored pore structure for high volumetric capacity zinc-ion storage。

轉自《石墨烯研究》公眾號

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