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科学家成功将3D打印石墨烯气凝胶超级电容性能翻倍

今年2月份,美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室与加州大学圣克鲁兹分校的科学家们首次使用超轻的石墨烯气凝胶3D打印出超级电容。如今这支研究团队再接再厉,找到了一种方法,可以将3D打印的石墨烯基超级电容的性能翻倍。

科学家们发现的这种方法,涉及到将气凝胶电极里的锂离子和高氯酸盐离子夹在石墨烯层之间,可以大大改善电极的能力。他们的研究结果被发表在6月期的《ChemNanoMat》杂志上,并作为封底推荐文章。“这是一种独特的方法,可以大大提升我们当前的石墨烯气凝胶超级电容的性能。”LLNL的工程师兼本研究论文的合著者Cheng Zhu说:“我们已经修改了设备,并找到了最佳配方。”

LLNL的研究人员使用一种直接墨水写入技术为UCSC的合作研究团体提供3D打印的石墨烯气凝胶电极。据了解,由于其超大的表面积和优良的导电性使得石墨烯基材料越来越多地被用在超级电容器中。这种方法涉及到两个离子插入步骤(锂离子插入和高氯酸盐离子插入),然后水解高氯酸盐离子插入化合物。

“这两步电化学过程增加了石墨烯基材料可供存储电荷的表面面积,以及赝电容点的数量,从而进一步增加了电荷存储容量。”LLNL材料科学家和论文和著者Fang Qian说。据本论文的通信作者、UCSC教授Yat Li解释称,石墨烯气凝胶的电容主要受到其相对较小的离子可及表面面积的限制,这是由于石墨烯薄片堆叠和聚合造成的。

Li教授称:“这项研究提出了一种简易的方法,通过片状剥落堆积的石墨烯层并功能化它们的表面来提高3D打印石墨烯气凝胶的电容性能,而且不会损坏结构的完整性。”Zhu说,这一研究结果是使用气凝胶创建更加复杂的体系结构的下一步,可以实现功能更为强大的超级电容,这种超级电容会在某一天被用在定制化的电子产品中。

“将来,我认为每个设备是将定制的,所以你需要具有各种独特结构或形状的超级电容。”Zhu说。“如果你能3D打印它,你就能做出任何你想要的形状。在将来,每个人都可以设计自己的iPhone。”

来源:天工社

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