激光诱导石墨烯(LIG)由于其成本效益和制造方法简单，已成为一种有前途的超级电容器电极材料。然而，基于LIG的超级电容器仍然面临着容量和稳定性有限的挑战。为了克服这些限制，在这项工作中，我们提出了一种新颖、经济、简便的制造方法，即将LIG材料与蜡烛-烟灰纳米颗粒相结合。该复合电极采用激光照射在卡普顿片上生成LIG材料，然后喷涂蜡烛-烟尘纳米颗粒并退火制备。材料表征表明，退火工艺使纳米颗粒与LIG材料之间建立了牢固的连接，并增强了纳米颗粒的石墨化。制备的超级电容器在0.1 mA/cm2下的最大比电容为15.1 mF/cm2，最大能量密度为2.1 μWh/cm2，功率密度为50 μW/cm2。值得注意的是，蜡烛烟灰和LIG的协同活性超过了先前报道的基于LIG的超级电容器的性能。此外，该器件的循环稳定性表明，在10000次循环中，电容保持率为80%，库仑效率为100%。
图1. (a) CS涂层LIG电极和(b)基于CS-LIG电容器的制造方案示意图。
图2.(a)低倍和(b)高倍LIG电极的SEM图像。(c) CS-LIG-400电极的低倍和高倍扫描电镜图像。(d)的插图是CS-LIG-400电极表面的高倍扫描电镜图像，描绘了CS纳米颗粒在LIG表面的涂层。
图3. （a，b）原始CS纳米粒子、（c）在400℃退火的CS纳米粒子、（d–f）LIG和（g–i）CS-LIG-400电极的TEM和HRTEM图像。插图（b）和（c）显示了相应图像中矩形截面的对比增强HRTEM图像，以说明碳质材料的石墨层。（f）和（h）的插图沿相应图像中所示的线呈现快速傅立叶变换，指示石墨平面的层间距离。（i）的插图描绘了图像矩形截面的对比增强HRTEM图像，显示了CS和LIG材料的石墨层的良好重叠。
图4. （a） LIG、CS-LIG、CS-LIG-300和CS-LIG-400的拉曼光谱和（b）XPS谱，LIG和CS-LIG-400材料的（c）C 1s和（d）O 1s谱。
图5.CS-LIG电极的电化学性能。（a） 扫描速率为50 mV/s时的CV曲线，（b）电流密度为0.5 mA/cm2时的GCD曲线，（c）CS-LIG-400电极在0.05至3 mA/cm2的不同电流密度下的GCD曲线，（d）LIG、CS-LIG、CS-LIG-300和CS-LIG-400电极的比表面积电容（根据GCD曲线测量）。
图6. 对称超级电容器的电化学性能。（a） CS和CS-LIG-400在50 mV/s扫描速率下的CV曲线表明CS-LIG-400超级电容器具有良好的电流响应特性。（b） CS-LIG-400超级电容器在不同扫描速率下的CV曲线。（c） CS-LIG-400超级电容器在不同电流密度下的GCD曲线。（d） 根据GCD测量值计算CS和CS-LIG-400超级电容器的比表面积电容。
图7.（a） 制作的超级电容器的Ragone图及其与先前报道的LIG基超级电容器的比较。（b） CS-LIG-400超级电容器10000次以上的循环保持率和库仑效率。插图中显示了第一次和第10000次循环的CV曲线，以强调CS-LIG-400电极电化学行为的最小变化。
相关研究成果由德国卡尔斯鲁厄理工学院Jan G. Korvink 课题组2024年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c07094)上。原文：Enhanced Performance of Laser-Induced Graphene Supercapacitors via Integration with Candle-Soot Nanoparticles
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