成果简介
具有最大功率密度、低自放电和宽温耐受性的超级电容器 (SC) ，有望成为电动汽车 (EV) 的理想电化学储能 (EES) 系统。本文， 韩国国立济州大学 Sindhuja Manoharan等研究人员在《Mater. Chem. Front》期刊发表名为“High-power graphene supercapacitors for the effective storage of regenerative energy during the braking and deceleration process in electric vehicles”的论文，研究基于石墨烯的 SC 的卓越性能指标及其作为电动汽车先进 EES 系统的适用性。本文开发的3.0 V石墨烯SC具有35.96 F g -1的器件电容，44.95 W h kg -1 的能量密度，18 750 W kg -1 的功率密度, 长循环寿命和宽温操作（-15 至 80 °C）。
研究了欧姆泄漏、扩散介导的电荷再分配和过充电问题对石墨烯 SC 自放电机制的影响。使用复电容模型研究温度对石墨烯 SC 电容特性的影响。此外，还演示了使用石墨烯 SC 作为主要 EES 系统在制动/减速模式下存储再生能量以及作为辅助电源（与电池结合）来驱动电动汽车。本研究强调了石墨烯 SC 作为下一代电动汽车的理想 EES 系统的潜在适用性。
成果简介
图1 、(A) 热还原氧化石墨烯或石墨烯纳米片的照片。(B) 氧化石墨烯 (GO) 和石墨烯片的 X 射线衍射图 (XRD)。(C) 氧化石墨烯 (GO) 和石墨烯片的傅立叶变换红外光谱。(D) 石墨烯片的核心C1sX 射线光电子谱。(E) 氧化石墨烯 (GO) 和石墨烯片的激光拉曼光谱。(F) 石墨烯片的二维拉曼图。(G 和 H) 表示 (G) D 带和 (H) 石墨烯片的G带的拉曼峰图。(I)石墨烯片的拉曼强度图比 ( I D / I G )。
图2、（A-C）石墨烯片在不同放大倍数下的场发射扫描电子显微照片。（D-F）石墨烯片在不同放大倍数下的高分辨率透射电子显微照片。(G) 石墨烯片的叠加 HR-TEM 显微照片，用于对石墨烯片中存在的 (H) 碳和 (I) 氧原子进行元素映射分析。
图3、 (A–C) 使用从 5 到 1000 mV s -1 的不同水平的应用扫描速率记录的石墨烯SC的循环伏安图。(D) 施加的扫描速率对石墨烯 SC 电容的影响。(E) 石墨烯 SC 的恒电流充放电曲线，使用 5 mA 的外加电流测量。(F) 使用不同施加电流范围（1 至 25 mA）记录的石墨烯 SC 的 CD 曲线。(G) 外加电流对石墨烯 SC 电容的影响。(H) 石墨烯 SC 在 10 000 次连续 CD 测量中的循环稳定性。(I) 石墨烯 SC 的 Ragone 图
图4、 (A) 石墨烯 SC 在充电至 3.0 V 10 分钟后的自放电曲线。(B) log（电压）与自放电时间的关系图。(C) 电压与时间1/2 的关系图。(D) 电压与log(time) 的关系图。(E) 充电电压 ( V initial ) 对石墨烯 SC 自放电曲线的影响，其中 (F) 显示了 (E) 从 0 到 1000 秒的放大部分，呈现了在此期间发生的欧姆下降的变化自放电。（G 和 H）石墨烯 SC 在便携式电子产品中的实际应用。3.0 V 石墨烯 SC 最初使用太阳能电池充电 1 分钟，然后用于为电子显示器供电 30 分钟。
图5、 石墨烯 SC的超级电容特性。
图6、 (A 和 B) EV 在加速和制动条件下的运行原理和工作机制。(C) 用于驱动 EV 原型的6F22电池和石墨烯 SC-电池混合能源设备的电压曲线。（D 和 E）单个电池和电池-石墨烯 SC 混合驱动 EV 原型在加速和制动模式下的电压曲线。(F) EV 原型中加速和制动脉冲期间石墨烯 SC 的电压曲线。(G) (F) 图中 43 至 47 秒区域的放大部分。(H) 石墨烯 SC 在减速条件下的电压分布。
小结
这项工作的主要发现说明了石墨烯 SC 的自放电机制和温度依赖性超级电容特性及其在电动汽车中作为辅助电源的应用，以及用于有效存储电动汽车的再生和减速能量。
最后，作为概念证明，证明了石墨烯 SCs 对便携式电子产品和电动汽车的潜在适用性。实验研究强调了使用石墨烯 SC 作为辅助电源与电池结合用于驱动 EV 原型，以及作为主要能源设备来存储在制动和减速条件下再生的能量。
文献：
- DOI
- https://doi.org/10.1039/D1QM00465D
- DOIhttps://doi.org/10.1039/D1QM00465D
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
