便携式智能电子产品的广泛普及极大地刺激了储能设备和其他尖端产品(例如显示器和触摸屏)的发展。诸如智能电话、平板电脑和其他可触摸设备之类的交互式设备需要机械坚固的透明导电电极(TCEs)。开发透明超级电容器作为电源对于下一代透明电子产品具有重要意义。近来,在大型二维族中的两个代表:石墨烯和MXene,已经显示出优异的电子传导性,并且在储能领域引起了极大的研究关注。重要的是,高性能TCEs是构建透明超级电容器的前提。这篇综述提供了对石墨烯和MXene基柔性TCEs的全面分析,涵盖了详细的薄膜制造方法、评估指标、性能局限性以及克服这些局限性的方法。我们特别关注传统文化表现形式中的基本要素,例如品质因数、渗滤以及导电性行为。分析了基于石墨烯和MXene的透明超级电容器,尤其关注透明、独立的石墨烯纸。最后,结合对MXene缺点的批判性分析,讨论了MXene对TCEs和透明超级电容器的挑战和前景。
Figure 1. 透明导电电极的应用
Figure 2. (a–c)将石墨烯薄膜转移到目标基板上的示意图;(d)在FeCl
3水溶液中蚀刻Ni层之后的浮动石墨烯膜;(e)PDMS衬底上的石墨烯膜
Figure 3. (a)CVD生产的石墨烯TCE的生产示意图;(b)在120°C下,将石墨烯薄膜转移到PET薄膜上;(c)在35英寸上转移的透明超大面积石墨烯薄膜;(d)生产100 m石墨烯三氯乙烯的示意图;(e)掺杂前石墨烯/环氧树脂/PET卷的照片;(f)石墨烯薄膜的SEM图像和(g)拉曼光谱;(h)每1 m测得的石墨烯/环氧树脂/PET薄膜沿纵向的R
s
Figure 4. (a)将CVD生长的石墨烯膜从Ni衬底转移到玻璃的示意图;(b)多次去离子水洗涤后,加载到Cu网格上石墨烯薄膜的STEM;(c)EDX分析;(d)循环伏安图;(e)干净的镍箔和已转移的CVD石墨烯的CV(在100次电势扫描后)
Figure 5. (a–c)固溶GO薄膜;GO薄膜在(a)滤膜上,转移到(b)玻璃和(c)PET基材上的光学图像;(d–f)用LB方法制造的石墨烯片(GS)膜的表征
Figure 6. (a)在稳定剥离的2D纳米片材中好溶剂的重要性;(b)分散的石墨烯浓度与溶剂表面能的关系;插图显示了NMP(左)和DMF(右)的结构;(c)石墨烯单层和多层的TEM图像;(d)石墨烯层厚度分布的直方图;(e–f)表面活性剂剥落薄片的TEM图;(g)剥落薄片经数字滤波的高分辨率图像;(h)在5 L石墨烯分散液烧杯中得到高剪切混合器;(i–j)D = 32 mm混合头和D = 16 mm混合头的特写视图,其中转子(左)与定子分开;(k)剪切剥离产生的石墨烯-NMP分散体;(l)剪切剥落石墨烯纳米片的TEM图像和(m)直方图;插图:拉曼表征;
相关研究成果于2019年由都柏林三一学院Chuanfang (John) Zhang课题组,发表在Energy Storage Materials(2019, 16, 102–125)上。原文:Graphene and MXene-based transparent conductive electrodes and supercapacitors。