鋅離子混合超級(jí)電容器(ZIHS)由于其低成本和良好的長(zhǎng)周期穩(wěn)定性，是一種很有前途的水相儲(chǔ)能器件。然而，由于鋅的不均勻沉積/剝離，鋅枝晶生長(zhǎng)導(dǎo)致穩(wěn)定性差，限制了ZIHS的應(yīng)用。因此，將石墨烯構(gòu)建為鋅箔的表層，以抑制凸起的形成，提高ZIHS的循環(huán)壽命。此外，在1 A g-1時(shí)，石墨烯@Zn陽(yáng)極在ZIHS中的循環(huán)壽命至少達(dá)到10000次，比鋅箔陽(yáng)極高出200倍。石墨烯@Zn電極的超長(zhǎng)壽命歸因于石墨烯上豐富的活性位點(diǎn)，其用于Zn2+成核和隨后的均勻沉積。重要的是，石墨烯層不僅通過(guò)引導(dǎo)Zn均勻沉積來(lái)抑制枝晶，還通過(guò)阻塞電解液來(lái)減少副反應(yīng)。總的來(lái)說(shuō)，該方法提高了鋅陽(yáng)極的可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性，為大規(guī)模ZIHS的開(kāi)發(fā)提供了廣闊的前景。
圖1. AC//ZnSO
4 (aq)// 石墨烯@Zn ZIHS的示意圖。
圖2. 石墨烯@Zn和Zn對(duì)稱電池的電化學(xué)行為：(a)1 mA cm
-2和(b)第1次、(c)第50次循環(huán)后的放大圖；(d)2.5 mA cm
-2；(e) 1 mAh cm
-2時(shí)5種不同電流密度(0.5、1、2、5和10 mA cm
-2)。
圖3. 鋅箔和石墨烯@Zn ZIHS在2 M的ZnSO
4中的電容性能：(a)1Ag
-1時(shí)的循環(huán)穩(wěn)定性試驗(yàn)；(b)和(c)為循環(huán)伏安曲線；(d)GCD圖；(e) EIS 圖；(f)速率穩(wěn)定性曲線；(g)Ragone圖。
圖4. Zn和石墨烯@Zn電極的X射線衍射（XRD）圖譜：(a) 3000次循環(huán)前和(b) 3000次循環(huán)后；隔膜的掃描電鏡（SEM）圖像：3000次循環(huán)后的(c)鋅箔和(d)石墨烯@Zn；(e)副反應(yīng)示意圖。
圖5. (a,b)鋅箔電極和(c)隔膜、(d,e)石墨烯@Zn電極和(f)隔膜的SEM和數(shù)字圖像。
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圖6. 鋅箔與石墨烯@Zn電極之間的對(duì)比示意圖。
相關(guān)研究成果由佛山大學(xué)材料科學(xué)與氫能學(xué)院，廣東省氫能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Xinren Zhang等人于2021年發(fā)表在Journal of Energy Storage (https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103037)上。原文：Graphene as regulating zinc deposition layer for long-life zinc ion hybrid supercapacitors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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