成果简介

滤波电容器在日益增长的电子产品中起着至关重要的作用，以保证复杂环境中的电流稳定性。然而，目前的滤波装置由于比电容低、体积大，难以满足超级计算机、电动汽车、飞机等恶劣的温度环境和小尺寸。因此，本文，清华大学化学系程虎虎与曲良体教授（点击蓝色字体有导师详介）团队在《Small》期刊发表名为“GrapheneIonogelUltra-FastFilterSupercapacitorwith4VWorkableWindowand°COperableTemperature”的论文，研究基于垂直取向的石墨烯离子凝胶电极(GI-EC)开发了一种超快电化学电容器，该电容器具有高达℃的耐热性和4V的宽电压窗口。由于特别定向的石墨烯纳米片可诱导快速离子传输，该离子电化学电容器具有FV2cm-2的高面积比能量密度在°C时相位角为-80.0°(Hz)，大于大多数报道的电化学电容器。此外，可以过滤任意波形以平滑直流信号，并且在10到10^4Hz的宽频率范围内工作良好。GI-EC串联或并联的简单集成还可以进一步提供所需的电容或高电压。GI-EC具有高倍率性能、宽电压窗口和高温适应性，为普遍的滤波电容器提供了广阔的前景。

图文导读

图1、a,b)GI电极的电化学制造示意图。a)在三电极系统中，Au基板用作工作电极（WE，负极）和对电极（CE，正极），电位称为饱和甘汞电极（SCE）。

b)溶剂置换过程的说明：rGO水凝胶中的溶剂水被EMImBF4电解质代替以制造GI电极。c)不同放大倍率的rGO片状电极的SEM图像。d)rGO电极横截面的SEM图像。e)GO、rGO和rGO

GI的C1sXPS。每种石墨烯材料的XPS光谱可分为五种碳键：C=C（.8eV）、C-C（.5eV）、C-O（.6eV）、C=O（.8eV）和O–C=O(.0eV)。

图2、a-c)GI-EC在不同扫描速率下的CV曲线。d)CV测试中从20到Vs-1的放电电流密度与扫描速率的关系图。

e)GI-EC在不同电流密度下的GCD曲线。f)作为频率函数的相位角图。g)奈奎斯特图；插图：高频的扩展视图。h)面积电容与频率的关系图。插图是GI-EC装置和与GI-EC容量相当的商用AEC的照片。i)GI-EC的循环稳定性。并且通过GCD测量在20mAcm-2下对GI-EC进行了个循环的测试。每个GCD循环后进行电化学阻抗谱测量。

图3、GI-EC在不同温度（50、和°C）下的性能

图4、GI-EC在不同温度下的过滤性能。

图5、串联和并联的GI-EC的性能

小结

研究开发了石墨烯离子凝胶超快电化学电容器GI-EC，其具有°C的高工作温度和4V的宽工作电压窗口。电极的垂直取向石墨烯结构为能量存储提供了大的表面积，并为EMImBF4的快速离子传输提供了畅通无阻的空间。所制备的GI-EC具有高温性能、高能量密度和良好的过滤特性，为极端环境中的最小化电路提供了巨大的实用价值。

文献：

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