在这项工作中，展示了一种简单，合理和新颖的策略，通过激光诱导石墨烯(LIG)微电极和海藻酸钠/聚丙烯酰胺水凝胶电解质浸泡在硫酸溶液(SA/PAAM-H₂SO₄)中来组装微型超级电容器(MSCs)。微电极采用具有多孔结构的导电石墨烯材料，利用激光直写技术对绝缘聚酰亚胺(PI)片进行碳化处理。阐述了电解质良好润湿电极材料对装置性能的重要性。电极与电解液具有良好的相容性和界面接触。具有高离子电导率(574.7 mS cm^-1)的SA/PAAM-H₂SO₄水凝胶电解质也表现出良好的保水性，即使在空气中暴露60 h后也能保持正常。SA/PAAM-H₂SO₄水凝胶制备的LIG-MSCs与PVA/H₂SO₄水凝胶的电容相当。LIG-MSCs具有7.12 mF cm^-2的高面电容和良好的循环稳定性。此外，LIG-MSCs具有优异的机械柔韧性和稳定性能，即使在高度弯曲状态和连续锤击过程中，电容也几乎不受影响。LIG-MSCs可以任意串联和并联，而不需要金属基互连来实现高压和高电容输出。本研究的设计策略旨在为柔性LIG-MSCs的开发提供新的见解。
 
 
图1. LIG-MSC 的设计及 LIG 膜的表征。a) 以激光诱导石墨烯 (LIG) 为电极、以 SA/PAAM 基水凝胶为电解质的 LIG-MSC 制造工艺示意图。b) LIG 微电极的 SEM 顶视图。c) 多孔层压结构的放大 SEM 图像。d) LIG 膜的横截面 SEM 图像，厚度约为 50 μm。e) C 的 EDS 映射。f) LIG 膜的拉曼光谱。
 
 
图2. a, b) SA/PAAM 水凝胶的 SEM 图像。SA/PAAM 水凝胶在不同变形、c) 拉伸、d) 压缩和恢复下的光学图像。SA/PAAM 水凝胶在 e) 拉伸和 f) 压缩下的应力-应变曲线。
 

图3. LIG 膜与水的表面接触角测量。（LIG 膜上的一滴液体呈现三边界相）。
 

图4. LIG薄膜对不同溶液的润湿性。（重复实验五次）a）两种相同浓度的溶液对LIG薄膜的润湿程度：i）1 M KCl溶液，ii）1 M Na₂SO₄溶液。b）不同浓度的H₂SO₄溶液对LIG薄膜的润湿程度。i）1 M H₂SO₄，ii）2 M H₂SO₄，iii）3 M H₂SO₄和iii）5 M H₂SO₄。
 

图5. LIG-MSCs 在 SA/PAAM-H₂SO₄ 水凝胶电解质中的电化学性能。
a、b) 扫描速率为 5–500 mV s^-1 时 LIG-MSCs 的 CVs。(c) LEG-MSC 在 0.08–0.5 mA cm^-2 时的充放电曲线。d) LIG-MSC 10000 次循环前后奈奎斯特图比较。e) LIG-MSCs 的面积电容与扫描速率的关系。f) 在电流密度为 0.2 mA cm^-2时测试的 LIG-MSCs 的循环性能。插图是循环过程中的 GCD 曲线。
 

图6. 10000 次循环后 SA/PAAM–H₂SO₄–LIG-MSC 薄膜的表征。a) XPS 测量光谱，b) C1s XPS 光谱和 c) O1s XPS 光谱。
 

图7. a) LIG-MSC 在 0° 至 180° 弯曲角度下的照片。b) 由三个串联 LIG-MSCs 供电的红色 LED灯。c) 50 mV s^-1 下装置以不同角度弯曲的 CV 曲线。d) 0.2 mA cm^-2 下装置以不同角度弯曲的 GCD 曲线。e) 20 mV s^-1 下从 0 到 180° 进行 5000 次弯曲循环测试 LIG-MSCs 的电容保持率；插图显示了初始状态和弯曲 5000 次后的 CV 曲线。f) 扫描速率为 100 mV s^-1 时单个设备和三个串联设备的 CV 曲线。g) 电流密度为 0.2 mA cm^-2 时单个设备和 h) 三个并联和串联设备的 GCD 曲线。
 
 
图8. 本研究的 LIG-MSCs 的 Ragone 图，与其他报道的微型超级电容器的值进行了比较。
 
      相关研究成果由天津工业大学分离膜与膜过程国家重点实验室、化学工程与技术学院、天津工业大学沧州研究院Tiantian Liu等人于2024年发表在Journal of Power Sources (https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.234307 )上。原文：High-performance micro supercapacitor assembled by laser-induced graphene electrode and hydrogel electrolyte with excellent interfacial wettability for high capacitance

转自《石墨烯研究》公众号