成果简介
高性能的紧凑型电容式储能对于电网电力缓冲器、电动汽车和便携式电子产品等许多现代应用领域至关重要。然而，要在超级电容器中实现优异的体积性能仍然具有挑战性，需要在保持高密度的同时，有效制备具有高离子可及表面积和快速离子扩散能力的电极薄膜。本文，西安交通大学 李祥明 教授、 邵金友 教授团队等在《ADVANCED SCIENCE》期刊发表名为“Efficient Fabrication of Disordered Graphene with Improved Ion Accessibility, Ion Conductivity, and Density for High-Performance Compact Capacitive Energy Storage”的论文，研究开发了一种简便、高效和可扩展的方法，通过火花诱导石墨烯堆无序开孔并结合机械压缩来制造致密、多孔和无序的石墨烯。
获得的无序石墨烯密度高达1.18g cm-3，离子导电性比普通层状石墨烯提高了六倍，在离子液体电解质中的体积电容高达 297 F cm-3。所制造的叠层电池可提供 94.2Wh L-1 的体积能量密度和13.7 kW L-1 的功率密度，是电容式储能领域的重大突破。此外，所提出的无序石墨烯电极被组装成基于离子凝胶的全固态袋式电池，具有很高的机械稳定性和多种可选输出，展示了在实际应用中灵活储能的巨大潜力。
图文导读
图1、无序SEG电极膜的设计与制备
图2、无序SEG膜的表征
图3、层状RGO、层状 SEG和无序SEG薄膜在EMIMBF4电解液中的电化学性能比较。
图4、针对紧凑型电容式储能应用优化器件性能。
图5、使用离子凝胶电解质制造柔性固态软包电池
小结
为实现高性能紧凑型电容式储能，成功开发了一种制造具有高离子可及性、优异离子传导性和高密度的无序石墨烯的新方法。这种多孔无序石墨烯结构具有高离子可及表面积和快速离子扩散能力，可通过氧化石墨烯团膜的火花诱导膨胀反应轻松制造。由于石墨烯材料的三维互连结构和内在柔性，在保持其多孔特性的同时，进一步机械压缩可得到高密度和无序的石墨烯，使其成为高性能紧凑型电容式储能的理想电极材料。所制备的致密无序 SEG 薄膜具有优异的离子可及性和快速离子扩散性，材料层面的高体积电容达到 297 F cm-3，器件层面的体积能量密度达到 94.2 Wh L-1，是电容式储能领域的一个里程碑。更重要的是，所提出的方法简便、高效、可扩展，因此极有希望实现电容式储能器件的大规模工业化生产。
文献：https://doi.org/10.1002/advs.202405155
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