北京林业大学《NJC》：新型三维石墨烯水凝胶，用于柔性超级电容器

成果简介

使用地球上丰富的、可再生的和环保的天然生物质设计柔性超级电容器（FSC）作为便携式/可穿戴电子产品的储能装置，具有建设绿色、可持续发展社会的前景。本文，北京林业大学Linlin Cui等研究人员在 《New J. Chem》期刊发表名为“An all-lignin-based flexible supercapacitor based on a nitrogen-doped carbon dot functionalized graphene hydrogel”的论文，研究报告了一种新型三维石墨烯水凝胶，其具有木质素基氮掺杂碳点作为修饰材料。掺氮碳点通过π-π键和静电相互作用锚定在石墨烯片中，形成稳定的三维网络结构，全面提高了电极材料的电化学性能。

作为电极，比电容达到387Fg-1Ag-1，当电流密度增加到7Ag-1时，倍率性能达到75.7% 。此外，以木质素水凝胶为电解质的全木质素超级电容器具有优异的循环稳定性（5000次循环后的循环寿命为92.3%）和倍率性能。当功率密度为243Wkg-1时，能量密度为25.6Whkg-1；此外，即使在不同的弯曲角度下，FSC 也具有优异的电化学稳定性。这种具有优异电化学性能和柔韧性的全木质素基 FSC 为木质素在柔性储能装置中的应用开辟了新途径。

图文导读

图1 。氮掺杂CD和复合水凝胶样品制备示意图。

图2、 GH (a)、GCD-5 (b)、GCD-4 (c)、GCD-3 (d)和GCD-2(e)的SEM图像；(f)–(i) GCD-3 水凝胶的EDS元素映射图像。

图3、 (a) N掺杂 CDs 的 TEM 图像；(b) N 掺杂CDs的尺寸分布和365 nm 紫外光下（右）的照片）；(c) GCD-3 复合材料的 TEM 图像；(d) GH 和 GCD-3 的N 2吸附/解吸等温线。

图4 、(a) FTIR 光谱，(b) 拉曼光谱和 (c) GH、GCD-5、GCD-4、GCD-3 和 GCD-2 水凝胶的 XPS 调查光谱；GCD-3 的 XPS C 1s 光谱 (d)、XPS O 1s 光谱 (e) 和 XPS N 1s 光谱 (f)。

图5、 (a) 所有电极在 10 mV s -1 时的CV 曲线；(b) 所有电极在 1 A g -1 时的GCD 曲线；(c) GCD-3在不同扫描速率下的CV曲线；(d) GCD-3在不同电流密度下的GCD曲线；(e) 所有电极在不同电流密度下的比电容；(f) 奈奎斯特图

图6、 (a) 柔性超级电容器在不同电流密度下的 GCD 曲线；(b) 器件在不同扫描速率下的 CV 曲线；(c) 器件在 0°、45°、90° 和 180° 不同弯曲角度下的 GCD 曲线。插图是设备的照片（弯曲后）；(d) 超级电容器在 5000 次充放电循环后的电容保持率。

文献：https://doi.org/10.1039/D1NJ04054E