具有高能量/功率密度和长循环寿命的平面微型超级电容器(MSCs)有望加速未来可穿戴小型化电子设备的发展。然而，它的低能量密度问题总是跟不上不断增长的单位能耗的需求。为此，设计了一种双活性和动力学相互促进的Li₃VO₄(LVO)/石墨烯复合材料作为高能量密度锂离子微电容器(LIMCs)的阳极。通过原子层预淀积(ALD)技术将LVO纳米颗粒均匀地限制在石墨烯纳米片上，大大分散了LVO的成核位置，阻碍了其连续固相形成过程中的粗晶生长。LVO和石墨烯衬底在LIMCs的叉指电极上具有足够的扩散空间，其反应动力学得到了极大的促进，协同促进了锂离子的三维高效存储行为。LVO/石墨烯表现出非凡的储能速率(98.5mAh g^-1，在40A g^-1 (100C)时)和长期稳定性。所有的集流器和不对称的叉指电极都是喷印的，为LIMCs的大规模生产开创了一种简便而精细的技术。LIMCs具有51.4MWh cm^-3的优异体积能量密度、出色的柔韧性和循环稳定性，展示了未来小型化、柔性化和高性能储能设备的巨大潜力。
 
  
图1. 电极和LIMCs的制备示意图：(a)ALD工艺结合固态烧结法制备LVO/石墨烯纳米复合材料，作为阳极；(b)叉指电极的喷印和基于离子凝胶电解质的LIMCs的组装；(c) AC 与MXene混合作为阴极。
 

图2. ALD-VO-1和ALD-LVO-1的结构表征和微观结构：(a)XRD图谱；(b)拉曼光谱；(c)ALD-LVO-1的V2p光电子能谱（XPS）；(d)氮吸附-脱附等值线；(e)ALD-VO-1的TEM图像，插图：SAED图；(f)C，O，V的元素映射；(g，h)ALD-LVO-1的TEM图像，插图：SAED图；(i)C、O、V的元素映射。
 

图3. 硬币型半电池的电化学性能评价及其机理：(a)重量倍率性能；(b)与其他报道的重量倍率性能的比较；(c)体积倍率性能；(d)0.2mV s^-1扫描速率下CV曲线中的电容贡献；(e)不同扫描速率下扩散和电容能力的贡献比；(f)循环性能和库仑效率；(g)原位XRD图谱；(h)非原位拉曼光谱和(i) I_D/I_G比。
 
 
图4. 基于AC阴极和ALD-LVO-1阳极的LICs在硬币型电池中的电化学性能优化：(a) LICs的示意图；(b)在0.2mg^-1的电流密度下，阴极、阳极和LICs全电池的工作电压范围；(c) LICs的GCD曲线；(e)Ragone曲线图；(f)在1A g^-1的电流密度下的循环性能和库仑效率。
 

图5. LIMCs的电化学评价：(a) LIMCs器件的照片；(b)喷印叉指电极的SEM图像；(c，d)阳极和阴极的SEM图像俯视图；(e)不同扫描速率下的CV曲线；(f)串联或并联的两个LIMCs构件在5 mV s^-1扫描速率下的CV曲线；(g)串联的两个LIMCs构件的GCD曲线；(h) 在电流密度为0.02 mA cm^-1 时的循环性能和库仑效率。(i)在不同弯曲角度下测量的LIMCs的CV曲线，插图：LIMCs弯曲的照片；(j)Ragone曲线图；(k)由两个LIMCs串联驱动的柔性数字手表的照片。

       相关研究成果由河北工业大学材料科学与工程学院Miaoxin Zhang等于2021年发表在Energy Storage Materials (https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.09.02)上。原文：Dual Active and Kinetically Inter-Promoting Li₃VO₄/Graphene Anode Enabling Printable High Energy Density Lithium Ion Micro Capacitors。

转自《石墨烯研究》公众号