激光誘導石墨烯(LIG)由于其成本效益和制造方法簡單，已成為一種有前途的超級電容器電極材料。然而，基于LIG的超級電容器仍然面臨著容量和穩(wěn)定性有限的挑戰(zhàn)。為了克服這些限制，在這項工作中，我們提出了一種新穎、經(jīng)濟、簡便的制造方法，即將LIG材料與蠟燭-煙灰納米顆粒相結合。該復合電極采用激光照射在卡普頓片上生成LIG材料，然后噴涂蠟燭-煙塵納米顆粒并退火制備。材料表征表明，退火工藝使納米顆粒與LIG材料之間建立了牢固的連接，并增強了納米顆粒的石墨化。制備的超級電容器在0.1 mA/cm
2下的最大比電容為15.1 mF/cm
2，最大能量密度為2.1 μWh/cm
2，功率密度為50 μW/cm
2。值得注意的是，蠟燭煙灰和LIG的協(xié)同活性超過了先前報道的基于LIG的超級電容器的性能。此外，該器件的循環(huán)穩(wěn)定性表明，在10000次循環(huán)中，電容保持率為80%，庫侖效率為100%。
圖1. (a) CS涂層LIG電極和(b)基于CS-LIG電容器的制造方案示意圖。
圖2. (a)低倍和(b)高倍LIG電極的SEM圖像。(c) CS-LIG-400電極的低倍和高倍掃描電鏡圖像。(d)的插圖是CS-LIG-400電極表面的高倍掃描電鏡圖像，描繪了CS納米顆粒在LIG表面的涂層。
圖3. （a，b）原始CS納米粒子、（c）在400℃退火的CS納米粒子、（d–f）LIG和（g–i）CS-LIG-400電極的TEM和HRTEM圖像。插圖（b）和（c）顯示了相應圖像中矩形截面的對比增強HRTEM圖像，以說明碳質(zhì)材料的石墨層。（f）和（h）的插圖沿相應圖像中所示的線呈現(xiàn)快速傅立葉變換，指示石墨平面的層間距離。（i）的插圖描繪了圖像矩形截面的對比增強HRTEM圖像，顯示了CS和LIG材料的石墨層的良好重疊。
圖4. （a） LIG、CS-LIG、CS-LIG-300和CS-LIG-400的拉曼光譜和（b）XPS譜，LIG和CS-LIG-400材料的（c）C 1s和（d）O 1s譜。
圖5.CS-LIG電極的電化學性能。（a） 掃描速率為50 mV/s時的CV曲線，（b）電流密度為0.5 mA/cm
2時的GCD曲線，（c）CS-LIG-400電極在0.05至3 mA/cm
2的不同電流密度下的GCD曲線，（d）LIG、CS-LIG、CS-LIG-300和CS-LIG-400電極的比表面積電容（根據(jù)GCD曲線測量）。
圖6. 對稱超級電容器的電化學性能。（a） CS和CS-LIG-400在50 mV/s掃描速率下的CV曲線表明CS-LIG-400超級電容器具有良好的電流響應特性。（b） CS-LIG-400超級電容器在不同掃描速率下的CV曲線。（c） CS-LIG-400超級電容器在不同電流密度下的GCD曲線。（d） 根據(jù)GCD測量值計算CS和CS-LIG-400超級電容器的比表面積電容。
圖7.（a） 制作的超級電容器的Ragone圖及其與先前報道的LIG基超級電容器的比較。（b） CS-LIG-400超級電容器10000次以上的循環(huán)保持率和庫侖效率。插圖中顯示了第一次和第10000次循環(huán)的CV曲線，以強調(diào)CS-LIG-400電極電化學行為的最小變化。
相關研究成果由德國卡爾斯魯厄理工學院
Jan G. Korvink 課題組2024年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c07094)上。原文：Enhanced Performance of Laser-Induced Graphene Supercapacitors via Integration with Candle-Soot Nanoparticles
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
