微型電子器件的發(fā)展需要高性能微型超級電容器的發(fā)展。具有指狀結(jié)構(gòu)的微型超級電容器的低面能量密度是阻礙該應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)。在此，本文介紹了一種利用石墨烯-碳納米管復(fù)合墨水書寫技術(shù)，實現(xiàn)全固態(tài)柔性微超級電容器可擴展制造的簡單方法。微型超級電容器表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，具有1.36 µWh cm
–2的高面能量密度和0.25 mW cm
–2的功率密度，以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性和出色的機械柔韌性。本文提出的方案為高性能、全固態(tài)、柔性微超級電容器的制備提供了一種簡單易行的方法。
Scheme 1. a) G-CNT油墨示意圖。b)具有G-CNT電極叉指結(jié)構(gòu)的微型超級電容器的制備示意圖。
Figure 1. G-CNT油墨的流變性能。a) G-CNT-5裝置油墨粘度與剪切速率的關(guān)系。b) G-CNT-5裝置油墨的存儲損耗模量與剪Figure 2. G-CNT-5器件的形態(tài)特征。a-d) G-CNT-5電極不同放大倍數(shù)的俯視圖SEM圖。e-f) G-CNT-5電極不同放大倍數(shù)的橫截面SEM圖。g-i) G-CNT-5電極不同放大倍數(shù)的TEM圖。
Figure 2. G-CNT-5器件的形態(tài)特征。a-d) G-CNT-5電極不同放大倍數(shù)的俯視圖SEM圖。e-f) G-CNT-5電極不同放大倍數(shù)的橫截面SEM圖。g-i) G-CNT-5電極不同放大倍數(shù)的TEM圖。
Figure 3. G-CNT-X電極的化學(xué)表征。a) G-CNT-X電極的XRD圖。b)氧化石墨烯和G-CNT-X電極的拉曼光譜。c) G-CNT-5電極的光學(xué)圖像及其I
D/I
G分布的拉曼映射。d) GO電極和G-CNT-X電極的XPS測量。e) G-CNT-5電極的C1s核心級XPS。
Figure 4. G-CNT-X的電化學(xué)性能。a)一個MSC設(shè)備的圖片。b) G-CNT-X掃描速率為10mv s
-1時的CV曲線。c) G-CNT-5在5-100mv s
-1不同掃描速率下的CV曲線。d) G-CNT-5在0.05-0.40 mA cm
-2不同電流密度下的恒電流充放電曲線。e) G-CNT-X在0.05-0.40 mA cm
-2不同電流密度下的面積電容。f) G-CNT材料的3D網(wǎng)絡(luò)中電子和電解質(zhì)離子遷移的機理模型。g) G-CNT-5在0.10 mA cm
-2的電流密度下的循環(huán)穩(wěn)定性。h) G-CNT-5的Ragone plot圖和其他基于MSCs的石墨烯和/或CNT電極的文獻。
Figure 5. 進行G-CNT-5并聯(lián)和串聯(lián)配置的三個設(shè)備的靈活性測試和組裝。a)彎曲試驗配置說明。b) G-CNT-5在10mv s
-1不同應(yīng)變狀態(tài)下的CV曲線。c)掃描速率為10mv s
-1時G-CNT-5不同應(yīng)變狀態(tài)下的電容保持。d)不同彎曲周期G-CNT-5的電容保持率。e)串聯(lián)連接的三個G-CNT-5設(shè)備的恒電流充放電曲線，并在相同電流密度為0.05 mA cm
-2的情況下與單個設(shè)備進行比較。f)并聯(lián)連接的三個G-CNT-5設(shè)備的恒電流充放電曲線，并在電流密度為0.05 mA cm
-2的情況下與單個設(shè)備進行比較。
相關(guān)研究成果于2020年由西安交通大學(xué)李磊教授團隊，發(fā)表在Adv. Funct. Mater (DOI: 10.1002/adfm.201907284)上。原文：Direct Graphene-Carbon Nanotube Composite Ink Writing All-Solid-State Flexible Microsupercapacitors with High Areal Energy Density
