成果簡介
超級電容器以其執行速度快、可逆性好、可持續發展等優點引起了人們的極大興趣。然而，它們的能量密度仍然低於電池。在過去的十年中，利用石墨烯相關結構的開放框架結構，人們已經開發出了能量為110 W h L-1、功率為1 kW L-1的超級電容器。本文，帕拉茨基大學Michal Otyepka，Aristides Bakandritsos等研究人員在《Energy Environ. Sci》期刊發表名為“Nitrogen doped graphenewith diamond-like bonds achieves unprecedented energy density at high power in a symmetric sustainable supercapacitor”的論文，研究透過利用基於自由基的熒光石墨烯化學制備一類新的碳基材料，包括具有類金剛石四面體成鍵的氮摻雜石墨烯，用於高能量密度超級電容器電極，其密度明顯高於透過機械壓縮等其他方法制備的同類材料。
理論研究表明，C-C 鍵在以碳為中心的自由基之間發展，這些自由基出現在氮摻雜劑附近。這種材料具有類金剛石鍵和 2.8 g cm-3的超高質量密度，是離子的極好主體，在2.6 kW L -1的功率下提供前所未有的 200 W h L -1能量密度和 143 W h L -1在 52 kW L -1。這些發現開闢了一條通往材料的道路，這些材料的性質有望使超級電容器元件的效能得到革命性的改善。
圖文導讀
圖1、GN3材料的合成和表徵。
圖2. 在鋁箔上貼上新增劑的 GN3 的 SEM 影象
圖3.具有 GN3 電極的對稱超級電容器電池的電化學特性。
圖3. (a) 與使用商業2000m2g-1活性炭和從文獻中製成的電極對比(b)在GN3的高(10 mg cm -2 )質量負載下對稱全電池的比電容是低質量負載(1 mg cm -2 )對稱全電池的記錄電容的99% 。(c),(d) 組裝前 (c) 和組裝後 (d) 鋁箔上的硬幣電池 GN3 電極；組裝的電池用於操作4V LED二極體。
- DOI：https://doi.org/10.1039/D1EE02234B
