中科院固体所等《JMCA》：通过太阳能加热 提高石墨烯超级电容器的储能能力

成果简介

提高超级电容器的储能能力面临着巨大的挑战。将太阳能转化为热能已成为一种很有前景的策略，可以通过提高储能设备的工作温度来提高其容量，尤其是在低温条件下。与传统的储能器件不同，对太阳能热器件电极的循环稳定性提出了更高的要求。本文，中国科学院固体物理研究所 王振洋研究员团队等在《J. Mater. Chem. A》 期刊发表名为“Enhancing the energy storage capacity of graphene supercapacitors via solar heating”的论文，研究建立了一种由 3D 多孔石墨烯和聚吡咯组成的新型超级电容器电极的吸光结构。

复合电极的均匀复合结构和匹配的热膨胀特性使制备的太阳能热微型超级电容器（ST-MSC）具有优异的电容和循环稳定性。在一次太阳照射下，ST-MSC的温度升高至60℃，导致比电容和能量密度增加4.8倍（分别为2754 mF cm−2和646.6µW h cm−2）；ST-MSC 表现出出色的循环稳定性，10 000 次循环后电容保持率为 85.8%，远优于大多数报道的 ST-MSC。此外，在-30°C的低温下，ST-MSC的严重衰减电容性能在一次太阳照射下大大提高到接近室温的水平。这项工作为设计太阳能热电极及其衍生的高性能储能装置提供了新的策略

图文导读

图1. (a) ST-MSC 的制造过程示意图。（b）LIG/PPy电极的太阳能自热增加电容的示意图

图2. (a-c) LIG/PPy-15000在不同放大倍率下的SEM图像。(d 和 e) LIG/PPy-15 000 在不同放大倍率下的 TEM 图像。(f) LIG/PPy-15 000的HRTEM图像。(g) N2吸附/解吸等温线和LIG/PPy-15 000的孔径分布。(h) LIG/PPy-15 000的XRD和拉曼图。

图3. ST-MSC在不同温度下的电化学性质

图4. (a) ST-MSC 的横截面示意图。(b) LIG/PPy 复合材料和 ST-MSC 的UV-vis-NIR 透射率 ( T )、反射率 ( R ) 和吸收 ( A ) 光谱。(c) ST-MSC 在光强为 0.33、0.66、1.00 和 1.35 kW m -2 的太阳照射下的时间过程。(d) ST-MSC在1.00 kW m -2光强下的时间序列热红外图像。

图5. ST-MSC 在-30 °C 下在黑暗和一次太阳照射下的电化学性质

小结

结果表明，所开发的策略为提高微型超级电容器的电容性能提供了一种高效的方法，并可能激发太阳能电子设备的新设计。

文献：https://doi.org/10.1039/D1TA09222G