微型超級電容器（MSC）具有極高的功率密度和超長的循環(huán)壽命，在微型電源領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，高能量密度柔性MSC的可擴(kuò)展制造仍然是一個重大挑戰(zhàn)。研究通過高效連續(xù)離心澆鑄方法制備偏釩酸銨/氧化石墨烯（NH
4VO
3/GO）薄膜，再通過激光刻劃來制備碳化釩/還原氧化石墨烯（V
8C
7/rGO）MSC。在30分鐘內(nèi)，可在柔性基板上生產(chǎn)20多個MSC，顯示出可擴(kuò)展制造的潛力。激光誘導(dǎo)的V8C7/rGO顯示出高度多孔的微觀結(jié)構(gòu)，其中碳化釩納米顆粒被原位合成并均勻地修飾在石墨烯納米片上。定義良好的體系結(jié)構(gòu)賦予V
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7/rGO MSC優(yōu)異的電化學(xué)性能。這些設(shè)備的面積電容可高達(dá)49.5 mF cm
−2，比rGO-MSCs高11倍。體積能量密度和功率密度可高達(dá)3.4 mWh cm
-3和401 mW cm
-3 ，與商用儲能設(shè)備和大多數(shù)報(bào)道的MSC相競爭。此外，V
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7/rGO MSC具有良好的靈活性和可集成性，以及較長的循環(huán)壽命，具有良好的實(shí)際應(yīng)用前景。V
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7/rGO MSCs優(yōu)異的電化學(xué)性能使其成為理想的微型電源。本文開發(fā)的石墨烯基MSC的制造方法也有望進(jìn)一步用于其他柔性微器件和微系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、可擴(kuò)展制造和集成，以實(shí)現(xiàn)多樣化的應(yīng)用。
Figure 1. （a）V
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7/rGO MSCs的制造過程和（b）V
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7/rGO形成機(jī)制的示意圖。
Figure 2. V
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7/rGO電極的結(jié)構(gòu)表征。（a）-（c）XRD圖和（d）不同激光功率下V
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7/rGO電極的相應(yīng)C/O原子比的XRD圖（e）V
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7/rGO 電極在390 mW時(shí)C 1s和（f）V 2p 的XPS圖，注：0 mW 對應(yīng)于激光劃線前的原始薄膜。
Figure 3. V
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7/rGO電極在390 mW時(shí)的SEM表征。（a）和（b）側(cè)視圖以及（c）和（d）不同放大倍數(shù)下的俯視SEM圖。
Figure 4. V
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7/rGO電極在390 mW時(shí)的TEM表征。（a）和（b）不同放大倍數(shù)下的TEM圖。（c）HRTEM圖。（d）C、V和O元素的HAADF-STEM圖和相應(yīng)的EDS圖。
Figure 5. V
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7/rGO MSCs的電化學(xué)表征。（a）不同激光功率下V
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7/rGO MSCs 在1mV s
-1 時(shí)的CV曲線。（b）390 mW下V
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7/rGO MSCs在不同掃描速率時(shí)的CV曲線。（c）不同激光功率下V
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7/rGO MSCs在13mA cm
-2時(shí)的GCD曲線。（d）390 mW下V
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7/rGO MSC在不同電流密度時(shí)的GCD曲線。（e）不同激光功率下V
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7/rGO MSCs面積比電容與電流密度的關(guān)系。（f）不同激光功率下 V
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7/rGO MSCs和rGO MSCs在13mA cm
-2時(shí)的面積比電容比較。（g）390 mW下V
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7/rGO MSC體積比電容與電流密度的關(guān)系。（h）390 mW下V
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7/rGO MSC 與390 mW下rGO MSC，市售的儲能設(shè)備（鋰薄膜電池），鋁電解電容器，商用超級電容器(SC)和活性炭超級電容器(AC-SC)的Ragone圖。（i）390 mW下 V8C7/rGO MSC在651mA cm
-2下的循環(huán)穩(wěn)定性測試。
Figure 6 V
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7/rGO MSC在390 mW時(shí)具有優(yōu)異的靈活性和可集成性。不同彎曲角度下MSCs在2 mV s
-1下的（a）照片和（b）CV曲線。（c）在13 mA cm
-2下充電至3.2 V后，由四個串聯(lián)的MSC供電的LED照片。串聯(lián)或并聯(lián)的兩個MSC在2 mV s
-1（d）的CV曲線和在6 mA cm
-2時(shí)的GCD曲線。
相關(guān)研究成果由中國科學(xué)院金屬研究所Feng Li 課題組于2021年發(fā)表于《Carbon》（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.07.066）上。原文：Scalable fabrication of vanadium carbide/graphene electrodes for high-energy and flexible microsupercapacitors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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