成果简介
超级电容器电极的制备既简便又具有成本效益，这对这种电化学储能模块的应用意义重大。本文，中国人民大学秦玉军 教授团队在《Langmuir》期刊发表名为“One-Step Fabrication of Integrated Graphene/Polypyrrole/Carbon Cloth Films for Supercapacitor Electrodes”的论文，研究设计了一种可行的策略，将二元活性材料一步制备到集流器上。将氧化石墨烯和吡咯的胶体混合物层叠在碳布上，通过温和的水热反应过程产生氧化石墨烯/聚吡咯还原水凝胶膜，并将其锚定在碳布上。
带有多孔石墨烯/聚吡咯活性材料的集成电极可直接用作独立工作电极，用于电化学测量和组装超级电容器装置。制备的电极在 1 mA cm-2 电流条件下可获得 1221mF cm-2 的高电容（531Fg-1），并且具有令人满意的循环稳定性。利用两个最佳电极构建的对称超级电容器可提供 70.4μWh cm-2 （15.3 Wh kg-1）的能量密度。这项研究为将石墨烯/导电聚合物复合材料整合为电化学电极提供了一条可行的途径。
图文导读
图1.集成CC@rPPy电极的形成示意图
图2、使用SEM和透射电子显微镜（TEM）表征的冻干后电极材料的形貌
图3：GO、CC@rGO、rPPy 和 PPy 材料的（a）XRD、（b）傅立叶变换红外光谱和（c）拉曼光谱图。(d) rGO 和 (e) rPPy 样品的高分辨率 C 1s XPS 光谱与 (f) rPPy 样品的 N 1s XPS 光谱进行了比较。
图4. (a) 不同 CC@rPPy 电极在 50 mV s-1 时的 CV 图。(b) CC@rPPy10 电极在不同速率下的 CV 和 (c) GCD 图。(d）各种 CC@rPPy 样品的奈奎斯特图（插图：放大图）。(e）CC@rPPy10 样品在 20 mA cm-2 下的循环稳定性（插图：第一个和最后 5 个循环的 GCD 图）。(f）5 mV s-1 时的电容贡献率。
图5：（a）基于 CC@rPPy10 对称器件的 CV 和（b）GCD 曲线。(c) 在电流密度为 20 mA cm-2 时测试超级电容器的循环稳定性（插图：第一个和最后五个循环的 GCD 图），以及 (d) 器件与文献对比的 Ragone 图。
小结
在这项工作中，我们提出了一种方便可行的方法，即通过一步温和水热法在 CC 集流体上构建 rGO/PPy 复合水凝胶膜。前驱体胶体中的 GO 和吡咯可发生氧化还原反应，生成覆盖有 PPy 的多孔互联 rGO 薄膜。特别是，在 CC 基底上制备二元复合材料，可得到集成的 CC@rPPy 薄膜，该薄膜可直接用作超级电容器电极。因此，最佳的 CC@rPPy10电极表现出卓越的电化学性能，在 1mA cm-2电流条件下电容为 1221mF cm-2（531Fg-1）。此外，由两个 CC@rPPy10电极组装而成的全固态器件能量密度高达 70.4 μWh cm-2（15.3 Wh kg-1），在 5000次GCD循环后，电容保持率高达81.7%。这项工作提供了一种具有指导意义的方法，可在集流体上以简便、经济的方式有效形成活性材料，从而促进高性能超级电容器电极的开发。
文献：https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.3c03067
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