厚电极有望增加器件（电池或超级电容器）规模的能量密度，但在高速率放电时始终会遭受离子极化。我们报道了使用3D Al泡沫（集电器）来承载石墨烯（具有高表面积但堆积密度非常低）以制造450μm厚、质量载荷为10-15 mg cm^-2的电极。Al线的空间限制效应与通过COMSOL软件模拟粘贴在2D Al箔上的相同厚石墨烯片相比，石墨烯上任何区域的石墨烯在任何区域均可提供足够的液体有序扩散通道，从而显著缓解了离子极化。具有4 V离子液体的100 F袋状超级电容器在各种电流密度下均表现出低接触电阻、高比电容，并且同时具有18 Wh L^-1的体积能量密度和5 kW kg^-1的功率密度，远更好目前的商用设备。
 
Figure 1. 石墨烯、泡沫铝和石墨烯-铝泡沫电极的表征。
 

Figure 2. 石墨烯-铝泡沫电极溶胀行为的表征。
 

Figure 3. 石墨烯-铝泡沫电极和石墨烯-铝箔电极的EIS表征。
 

Figure 4. 超级电容器器件的电化学性能。
 

Figure 5. 泡沫铝和铝箔作为集电器SC装置的仿真结果。
 
     相关研究成果于2020年由清华大学Weizhong Qian和Chaojie Cui课题组，发表在Energy Storage Materials（doi.org/10.1016/j.ensm.2020.07.020）上。原文：High energy and high power density supercapacitor with 3D Al foam-based thick graphene electrode: Fabrication and simulation。

摘自《石墨烯杂志》公众号：