高频响应电化学电容器(EC) 作为一种理想的轻型滤波电容器,可以直接将交流电 (AC) 转换为直流电 (DC)。然而,电流电极被卡在有限的电极面积和弯曲的离子传输中。这里,通过电场辅助等离子体增强化学气相沉积,成功制备了垂直的石墨烯阵列(SVGAs)电极,如此设计的独特结构确保了离子在石墨烯表面实现快速吸附/脱附。即使在500,000次循环后,SVGAs在φ
120 = 80.6°时仍表现出优异的比表面积电容(1.72 mF cm-2),远优于大多数碳相关的电极材料。值得注意的是,当使用有机电解质时,输出电压可以提高到2.5 V。还实现了超高的能量密度达0.33μWh/cm2。此外,ECs-SVGAs能够很好地将任意交流波形平滑成DC信号,表现出优异的滤波性能。
Figure 1. 电极材料的合成工艺和形貌表征。a EF-PECVD过程生长SVGA的示意图,和构建基于 SVGA 的 EC 装置示意图。b、c SVGA 的横截面和俯视SEM 图像。d 柔性和可加工性SVGAs 电极的数码照片。
Figure 2. QVGA 和 SVGA的结构和电化学性能比较。a, b QVGA 和 SVGA 的横截面SEM 图像。c、d 相位角和面积比电容 (CA) 与频率的关系图。e, f离子分别在 QVGA 和 SVGA 中扩散的示意图。
Figure 3.不同高度的SVGA基ECs 的电化学特性。a Nyquist 图。b,c EC-SVGA 的 Φ 和 CA 与频率的关系图。d EC-SVGA 的 Φ 和 CA 与报道的值相比较。
Figure 4.EC-SVGA-2的电化学性能。a EC-SVGA-2 在高扫描速率下(1000 V s-1)的CV 曲线。b 在0.5 V电压下放电电流密度与扫描速率的关系。c 在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。d 电压降和库仑效率。e EC-SVGA-2的循环稳定性评估。
Figure 5. EC-SVGA-2 的过滤性能。a平滑交流信号的电路示意图。b, c 单个EC-SVGAs在水性电解质中的过滤性能。d-f串联连接的EC-SVGA 在水性电解质中的过滤性能。g-I 单个EC-SVGA在有机电解液中的过滤性能。
该研究工作由北京大学Jin Zhang课题组于2021年发表在Angewandte Chemie International Edition期刊上。原文:Vertical Graphene Arrays with Straightaway Ions Capacitance for AC Line-Filtering Capacitors。
转自《石墨烯研究》公众号