帕拉茨基大学《EES》：具有类金刚石键的氮掺杂石墨烯用于对称可持续超级电容器实现了前所未有的高功率能量密度

成果简介

超级电容器以其运行速度快、可逆性好、可持续发展等优点引起了人们的极大兴趣。然而，它们的能量密度仍然低于电池。在过去的十年中，利用石墨烯相关结构的开放框架结构，人们已经开发出了能量为110 W h L^-1、功率为1 kW L^-1的超级电容器。本文，帕拉茨基大学Michal Otyepka，Aristides Bakandritsos等研究人员在《Energy Environ. Sci》期刊发表名为“Nitrogen doped graphene with diamond-like bonds achieves unprecedented energy density at high power in a symmetric sustainable supercapacitor”的论文，研究通过利用基于自由基的荧光石墨烯化学制备一类新的碳基材料，包括具有类金刚石四面体成键的氮掺杂石墨烯，用于高能量密度超级电容器电极，其密度明显高于通过机械压缩等其他方法制备的同类材料。

理论研究表明，C-C 键在以碳为中心的自由基之间发展，这些自由基出现在氮掺杂剂附近。这种材料具有类金刚石键和 2.8 g cm -3的超高质量密度，是离子的极好主体，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。这些发现开辟了一条通往材料的道路，这些材料的性质有望使超级电容器组件的性能得到革命性的改善。

图文导读

图1、GN3材料的合成和表征。

图2. 在铝箔上粘贴 10 质量% 添加剂的 GN3 的 SEM 图像

图3.具有 GN3 电极的对称超级电容器电池的电化学特性。

图3. (a) 与使用商业2000m2g-1活性炭和从文献中制成的电极对比(b)在GN3的高(10 mg cm -2 )质量负载下对称全电池的比电容是低质量负载(1 mg cm -2 )对称全电池的记录电容的99% 。(c),(d) 组装前 (c) 和组装后 (d) 铝箔上的硬币电池 GN3 电极；组装的电池用于操作4V LED二极管。

文献：https://doi.org/10.1039/D1EE02234B