基于多價離子存儲原理的鋅離子混合超級電容器(ZHCs),，被認為是大規(guī)模儲能裝置的一種有前景的候選材料。然而，隨著對便攜式和小型化能量存儲裝置需求的增長，如何在有限的體積內(nèi)獲得足夠的能量輸出尤為關(guān)鍵，因此需要實現(xiàn)高體積能量密度而不犧牲功率密度。在此，設(shè)計了一種致密的三維多孔石墨烯陰極（3D-PG-1），通過短時間的毛細蒸發(fā)干燥了石墨烯水凝膠，既獲得了多孔結(jié)構(gòu)又保障了高密度的特性。3D-PG-1的孔徑范圍為0.6-10 nm，其中微孔提供了高容量特性，而中孔有助于Zn2+的快速傳輸，結(jié)合1.38 g·cm-3的高密度，協(xié)同實現(xiàn)了高的體積電容量。因此，基于3D-PG-1陰極的ZHC在0.1 A g-1電流密度時，實現(xiàn)了299 F cm-3的高容量，還顯示出優(yōu)異的長時間循環(huán)穩(wěn)定性（30000次循環(huán)后，有85%的電容保留率)。功率密度為116 W L-1時，體積能量密度高達118 Wh·L-1。
Figure 1. 3D-PG-1陰極和鋅陽極組裝的ZHC工作機制示意圖。
Figure 2. (a，b)3D-PG-1和3D-PG-2的光學(xué)照片(不同干燥方法前后的照片)；(c，d)3D-PG-1和3D-PG-2的SEM圖像；(e)和(f)3D-PG-1和3D-PG-2的放大SEM圖像；(g)N2吸附-解吸等溫線；(h)3D-PG-1和3D-PG-2的孔徑分布(藍色區(qū)域為微孔，綠色為中孔，黃色為大孔)。
Figure 3．(a) 3D-PG-1和(b) 3D-PG-2的HRTEM圖像和相應(yīng)的EDS元素分布；（c）XRD圖譜；（d）拉曼光譜；XPS光譜包括3D-PG-1和3D-PG-2的(e)C 1s和(f)O 1s；和(g)3D-PG-1和3D-PG-2中不同含氧官能團的百分比例。
Figure 4．不同樣品的電化學(xué)性能:(a，b)不同電流密度下的倍率性能；(c，d)GCD曲線；(e)3D-PG-1和3D-PG-2陰極的電化學(xué)阻抗譜；（f，g）不同電流密度下的短期以及長期的循環(huán)穩(wěn)定性。
該研究工作由廣東工業(yè)大學(xué)Cheng Zheng課題組于2021年發(fā)表在Carbon期刊上。原文：High-density three-dimensional graphene cathode with a tailored pore structure for high volumetric capacity zinc-ion storage。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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