我們分別通過氮烯化學從石墨烯和具有甲氧基聚乙二醇 (mPEG) 的碳納米管制備了G>N-PEGm納米片和CNT>N-PEGm的二維大分子刷。由于采用典型的溶劑熱方法，合成了Co3O4-G>N-PEGm-CNT>N-PEGm（Co3O4-GC）三元復合材料的分層花狀球體，其呈現蜂窩狀結構，作為“離子緩沖儲層”和超薄2-4 nm Co3O4納米片中的大量離子擴散通道。作為典型的電池型正極材料，Co3O4-GC在0.5 A g
-1時可實現高達 173.3 mAh g-1的高容量（比電容可達到 1783 F g-1）。另一方面，由多孔石墨烯和酸改性的CNTc形成的3D多孔還原氧化石墨烯和羧基CNT氣凝膠（HRGO-CNTc，表示為HRGC）在0.5 A g-1下為 282.3 Fg-1（78.4 mAh g-1），表現出優異的長循環性能。以先進的電池型Co3O4-GC為正極，3D HRGC氣凝膠為負極，進一步制備了非對稱超級電容器Co3O4-GC//3D HRGC能量器件的先進雙“離子緩沖儲層”，同時具有優異性能的非對稱器件用于儲能和能量轉換潛在應用，在775 W kg-1的功率密度下表現出42.6 Wh kg-1的能量密度，在10,000次循環后81.1%的電容保持。
Figure 1. Co3O4-GC三元復合材料的制備過程示意圖。
Figure 2. (a-d) Co(OH)
2-GC復合材料的低倍率和高倍率TEM圖像和SAED圖案（插圖），（e）G>N-PEGm和（f）CNT>N-PEGm的HRTEM圖像。
Figure 3. (a) DBS-intercalated α-Co(OH)
2-GC分級微球示意圖。Co(OH)
2-GC的 (b) EDS光譜，(c) STEM圖像和 (d-j) Co-K、Co-L、O-K、C-K、S-K和Cl-K的元素映射圖像。
Figure 4. 電池型Co3O4-GC多級微球三元復合材料的電化學性能：（a）CV曲線，（b）GCD曲線，（c）倍率性能，（d）Co(OH)2-GC和Co3O4-GC復合材料的倍率性能。(e) Co3O4-GC復合材料在250 °C下燒結時的倍率性能。(f)循環性能。 (g) Co3O4-GC 的Nyquist 圖和等效電路（插圖）。(h) Co3O4-GC三元復合材料在KOH溶液中的充放電過程示意圖。
Figure 5. HRGO、CNTc和HRGC（不同的HRGO/CNTc質量比為4:1、3:1、2:1、1:1）氣凝膠的電化學性能：（a）CV曲線，（b）GCD曲線，（c）不同電流密度下的平均比電容（至少四個電極材料樣品）。HRGC的電化學性質（HRGO/CNTc的質量比為4：1）：（d）CV曲線，（e）GCD曲線，（f）比電容，（g）循環性能，最初10次和最后10次循環的GCD曲線（插圖）。(h) HRGO、CNTc和HRGC（HRGO/CNTc的不同質量比為4:1、3:1、2:1、1:1）氣凝膠的Nyquist圖和等效電路。(i) 3D HRGC氣凝膠的充放電過程示意圖。
相關研究成果于2021年由安陽工學院Changwei Lai課題組，發表在Electrochimica Acta（https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.137334）上。原文：High-performance asymmetric supercapacitors of advanced double ion-buffering reservoirs based on battery-type hierarchical flower-like Co
3O
4-GC microspheres and 3D holey graphene aerogels。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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