1成果簡介

　　濾波電容器在日益增長的電子產(chǎn)品中起著至關(guān)重要的作用,，以保證復(fù)雜環(huán)境中的電流穩(wěn)定性,。然而，目前的濾波裝置由于比電容低,、體積大,，難以滿足超級計算機(jī)、電動汽車,、飛機(jī)等惡劣的溫度環(huán)境和小尺寸,。因此，本文,，清華大學(xué)化學(xué)系程虎虎與曲良體教授（點擊藍(lán)色字體有導(dǎo)師詳介）團(tuán)隊在《Small》期刊發(fā)表名為“Graphene Ionogel Ultra-Fast Filter Supercapacitor with 4 V Workable Window and 150 °C Operable Temperature”的論文,，研究基于垂直取向的石墨烯離子凝膠電極 (GI-EC) 開發(fā)了一種超快電化學(xué)電容器，該電容器具有高達(dá) 150 ℃的耐熱性和4V的寬電壓窗口,。

　　由于特別定向的石墨烯納米片可誘導(dǎo)快速離子傳輸,，該離子電化學(xué)電容器具有 1784 ?F V 2cm -2的高面積比能量密度在150 °C時相位角為-80.0° (120 Hz)，大于大多數(shù)報道的電化學(xué)電容器,。此外,，可以過濾任意波形以平滑直流信號，并且在10到10^4 Hz的寬頻率范圍內(nèi)工作良好,。GI-EC串聯(lián)或并聯(lián)的簡單集成還可以進(jìn)一步提供所需的電容或高電壓,。GI-EC具有高倍率性能、寬電壓窗口和高溫適應(yīng)性,，為普遍的濾波電容器提供了廣闊的前景,。

　　2圖文導(dǎo)讀

　　圖1、a,b) GI 電極的電化學(xué)制造示意圖,。a) 在三電極系統(tǒng)中,，Au基板用作工作電極（WE，負(fù)極）和對電極（CE,，正極）,，電位稱為飽和甘汞電極（SCE）。

　　b) 溶劑置換過程的說明：rGO水凝膠中的溶劑水被EMImBF 4電解質(zhì)代替以制造 GI 電極,。

　　c) 不同放大倍率的 rGO 片狀電極的 SEM 圖像,。

　　d) rGO 電極橫截面的 SEM 圖像。

　　e) GO,、rGO 和 rGO@GI 的 C 1s XPS,。每種石墨烯材料的XPS光譜可分為五種碳鍵：C=C（284.8 eV）、C-C（285.5 eV）,、C-O（286.6 eV）,、C=O（287.8 eV）和O–C=O (289.0 eV),。

　　圖2、a-c) GI-EC 在不同掃描速率下的 CV 曲線,。d) CV 測試中從 20 到 1000 V s -1的放電電流密度與掃描速率的關(guān)系圖,。

　　e) GI-EC在不同電流密度下的GCD曲線。

　　f) 作為頻率函數(shù)的相位角圖,。

　　g) 奈奎斯特圖,；插圖：高頻的擴(kuò)展視圖。

　　h) 面積電容與頻率的關(guān)系圖,。插圖是 GI-EC 裝置和與 GI-EC 容量相當(dāng)?shù)纳逃?AEC 的照片。

　　i) GI-EC 的循環(huán)穩(wěn)定性,。并且通過GCD測量在20 mA cm-2下對GI-EC進(jìn)行了10 4個循環(huán)的測試,。每 500 個 GCD 循環(huán)后進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜測量。

　　圖3,、GI-EC 在不同溫度（50,、100 和 150 °C）下的性能

　　圖4、GI-EC在不同溫度下的過濾性能,。

　　圖5,、串聯(lián)和并聯(lián)的GI-EC的性能

　　3小結(jié)

　　研究開發(fā)了石墨烯離子凝膠超快電化學(xué)電容器GI-EC，其具有150°C的高工作溫度和4V的寬工作電壓窗口,。電極的垂直取向石墨烯結(jié)構(gòu)為能量存儲提供了大的表面積,，并為EMImBF 4的快速離子傳輸提供了暢通無阻的空間。所制備的 GI-EC具有高溫性能,、高能量密度和良好的過濾特性,，為極端環(huán)境中的最小化電路提供了巨大的實用價值。