高頻響應電化學電容器(EC) 作為一種理想的輕型濾波電容器，可以直接將交流電 (AC) 轉(zhuǎn)換為直流電 (DC)。然而，電流電極被卡在有限的電極面積和彎曲的離子傳輸中。這里，通過電場輔助等離子體增強化學氣相沉積，成功制備了垂直的石墨烯陣列（SVGAs）電極，如此設計的獨特結(jié)構確保了離子在石墨烯表面實現(xiàn)快速吸附/脫附。即使在500，000次循環(huán)后，SVGAs在φ
120 = 80.6°時仍表現(xiàn)出優(yōu)異的比表面積電容（1.72 mF cm-2），遠優(yōu)于大多數(shù)碳相關的電極材料。值得注意的是，當使用有機電解質(zhì)時，輸出電壓可以提高到2.5 V。還實現(xiàn)了超高的能量密度達0.33μWh/cm2。此外，ECs-SVGAs能夠很好地將任意交流波形平滑成DC信號，表現(xiàn)出優(yōu)異的濾波性能。
Figure 1. 電極材料的合成工藝和形貌表征。a EF-PECVD過程生長SVGA的示意圖，和構建基于 SVGA 的 EC 裝置示意圖。b、c SVGA 的橫截面和俯視SEM 圖像。d 柔性和可加工性SVGAs 電極的數(shù)碼照片。
Figure 2. QVGA 和 SVGA的結(jié)構和電化學性能比較。a, b QVGA 和 SVGA 的橫截面SEM 圖像。c、d 相位角和面積比電容 (CA) 與頻率的關系圖。e, f離子分別在 QVGA 和 SVGA 中擴散的示意圖。
Figure 3．不同高度的SVGA基ECs 的電化學特性。a Nyquist 圖。b,c EC-SVGA 的 Φ 和 CA 與頻率的關系圖。d EC-SVGA 的 Φ 和 CA 與報道的值相比較。
Figure 4．EC-SVGA-2的電化學性能。a EC-SVGA-2 在高掃描速率下（1000 V s-1）的CV 曲線。b 在0.5 V電壓下放電電流密度與掃描速率的關系。c 在不同電流密度下的恒電流充放電曲線。d 電壓降和庫侖效率。e EC-SVGA-2的循環(huán)穩(wěn)定性評估。
Figure 5. EC-SVGA-2 的過濾性能。a平滑交流信號的電路示意圖。b, c 單個EC-SVGAs在水性電解質(zhì)中的過濾性能。d-f串聯(lián)連接的EC-SVGA 在水性電解質(zhì)中的過濾性能。g-I 單個EC-SVGA在有機電解液中的過濾性能。
該研究工作由北京大學Jin Zhang課題組于2021年發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition期刊上。原文：Vertical Graphene Arrays with Straightaway Ions Capacitance for AC Line-Filtering Capacitors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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