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清華大學材料科學與工程系Nyan-Hwa Tai課題組--由石墨烯鞘包裹的海綿碳構成仿生網絡用于柔性透明超級電容器
      具有低曲折度,優異的機械柔韌性,高光學透明性和出色的導電性的分層結構材料,是開發柔性透明超級電容電極用于電子和顯示器創新應用的關鍵。在這里,采用CVD法來制備受葉骨架啟發的網狀電極,其中碳納米結構作為3D海綿的芯、基于石墨烯的薄膜作為保護/導電殼。網絡電極在Na2SO4水溶液中顯示出85-88%的透光率,約1.8Ω/sq的薄層電阻和7.06mF cm-2的面電容(三電極電池中電流密度為0.78mA cm-2)。基于PVA/H3PO4凝膠和網絡電極的柔性透明對稱超級電容器,具有約1.6V的穩定工作電壓,0.068μWh cm-2和47.08μW cm-2的能量和功率密度,在約80%的光學透明性下, 30,000個彎曲釋放周期內無電容損耗。 
 
Fig. 1柔性透明LSMCS電極的特性。(a)顯示出高度的光學透明性的電極照片。(b-e)在不同放大倍數下電極的SEM頂視圖。(f)電極導管的橫截面SEM圖顯示出核-殼結構。(g–i)用f圖所示的導管獲得的Ni,C和Fe元素的EDX映射。
 

Fig. 2 TEM表征LSMCS電極的殼和芯組件。(a,b)從電極中提取的石墨烯殼的TEM圖像顯示出石墨層狀結構。(c,d)海綿碳核的TEM圖,包括相互連接的碳納米顆粒和皺折的石墨納米片。(e,f)碳納米顆粒的高倍TEM圖。

 
Fig. 3 LSMCS電極的電化學性能。(a)電極在不同電位窗口下的CV曲線。(b,c)在10到2000mVs-1的各種掃描速率下,電極在1.6V電位窗口下的CV曲線。(d)在各種電流密度下電極的恒電流充放電曲線。(e)區域電容與掃描速率的關系。(f)電極的奈奎斯特圖
 
 
Fig. 4 基于LSMCS電極的柔性透明固態SCs。(a)柔性透明SC裝置在彎曲狀態下的典型照片;插圖顯示SC處于平坦狀態。(b)在不同工作電壓下,掃描速率為500mV s-1的CV曲線。(c,d)在不同掃描速率和電流密度下,工作電壓為1.6V時的CV和GCD曲線。(e)區域電容與掃描速率的關系。(f)兩個SC器件分別,并聯和串聯時,掃描速率為500mV s-1的CV曲線和(g)66.0µA cm-2的電流密度下的GCD曲線。(h)在各種彎曲角度下設備的CV曲線。(i)SC在搖擺,彎曲和釋放狀態下的循環穩定性。
 
 
Fig. 5 各種透明SC器件的能量和功率密度。基于LSMCS電極的水、固態SC器件的Ragone圖以及與其他透明器件的比較。
 
      相關研究成果于2019年由清華大學材料科學與工程系Nyan-Hwa Tai課題組,發表在Communications Chemistry(https://doi.org/10.1038/s42004-019-0238-9)上。原文:Bioinspired networks consisting of spongy carbon wrapped by graphene sheath for ?exible transparent supercapacitors
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