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日本國立材料研究所Jie Tang課題組--磁取向石墨烯用于高倍率超級電容器

石墨烯已被廣泛用作超級電容器電極材料。但是，平行堆疊的石墨烯層通常會導致無效的離子擴散和電子轉移，這通常會降低超級電容器的倍率性能。本研究采用溶劑蒸發法，以PEDOT:SS為粘合劑，固定取向石墨烯，以良好的導電性以及與石墨烯片的強烈π-π堆疊相互作用固定，制備了還原氧化石墨烯（rGO）和聚(3,4-乙撐二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）復合膜。使用掃描電子顯微鏡（SEM）、氮吸附-解吸和小角度X射線散射進行的分析表明，盡管施加了磁場，但石墨烯片在沒有磁場的情況下隨機取向，但它們排列良好。作為電容器電極材料，排列整齊的rGO在電流密度為50 A g^-1時顯示出169 F g^-1的比電容，電容保持率約為70％，并且在90℃時，其循環伏安（CV）曲線仍然保持矩形。電壓掃描速率為2 V s⁻¹。對準的rGO電極可以幫助突破傳統超級電容器的局限性，并顯著提高其充電/放電速率和功率密度。

Figure 1. 示意性流程圖說明制備的石墨烯在外加磁場中垂直排列的電極膜的過程。

Figure 2. （a）合成的rGO的SEM和（b）TEM圖像

Figure 3.在施加的磁場中，制備的復合膜的SEM圖像：（a）頂視圖和（b）截面圖。在沒有磁場的情況下，制備的復合膜的SEM圖像：（c）頂視圖和（d）剖視圖。在有（紅色）和沒有（黑色）施加磁場的條件下，制備的復合膜的（e）氮吸附-解吸等溫線和（f）孔徑分布。

Figure 4. 在磁場中制備的rGO/PEDOT:PSS（4/1；wt/wt）復合電極的超級電容器的：（a）CV曲線。（b）充電和放電曲線。（c）倍率性能。（d）循環性能。

Figure 5. （a）奈奎斯特圖（插圖：電極結構和等效電路）；（b）超級電容器的Bode曲線

相關研究成果于2021年由日本國立材料研究所Jie Tang課題組，發表在Journal of Power Sources（https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228995）上。原文：High-rate supercapacitor using magnetically aligned graphene。

轉自《石墨烯雜志》公眾號



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