隨著移動電子設(shè)備的迅速增殖，人們對于超輕、柔性和高效率儲能器件的需求也隨之逐漸攀升。超級電容器作為一種重要的儲能器件，自20世紀(jì)后期以來受到持續(xù)的關(guān)注。通常來說，超級電容器主要有兩種材料體系，一種基于碳材料，另一種則基于過渡金屬氧化物。其中，前者具備較高的功率密度，而后者往往具有較高的能量密度。為了實現(xiàn)高效率儲能，人們開發(fā)出了一種混合式超級電容器，該器件分別采用碳材料與過渡金屬氧化物作為兩極材料，從而能兼顧功率密度和能量密度。而通過引入固態(tài)電解質(zhì)，可以制成柔性電容器件。

受亞伯拉罕湖底可燃冰氣泡的啟發(fā)，復(fù)旦大學(xué)的Ma Xiaohua的研究團(tuán)隊提出了一種新的材料設(shè)計方法。他們首先將還原氧化石墨烯(rGO)與摻鐵二氧化錳(MFO)顆粒復(fù)合獲得了氣凝膠，然后將其浸入雙氧水溶液中，利用二氧化錳對雙氧水的催化分解作用，向體系中引入氣泡，進(jìn)而通過冷凍干燥，利用還原氧化石墨烯與摻鐵二氧化錳顆粒之間的空隙與外界冰晶之間的壓力差，最終獲取了還原氧化石墨烯緊密包覆的摻鐵二氧化錳的復(fù)合材料，該材料被用作他們所設(shè)計的非對稱電容器的負(fù)極材料。這種制備方法過程中引入氣泡的步驟非常關(guān)鍵，未引入氣泡的對照組在冷凍干燥之后獲取復(fù)合材料中，摻鐵二氧化錳顆粒僅能夠隨即的分布在還原氧化石墨烯所提供的基底中，而不能夠形成上述的包覆結(jié)構(gòu)，而這種包覆結(jié)構(gòu)對于電極材料整體的導(dǎo)電性進(jìn)而促進(jìn)材料的電容發(fā)揮而言非常有利。通過類似的方法作者也獲取還原氧化石墨烯緊密包覆的層次孔碳(HPC)復(fù)合材料。

而后，作者們將這兩種復(fù)合材料分別作為非對稱電容器(ASC)的正負(fù)極材料測試了體系的電容性能。在構(gòu)建電容器時，作者們通過光聚合方式合成了一種高分子凝膠電解質(zhì)(GPE)，并且在合成過程中引入了上述的層次孔碳材料來改善電解質(zhì)的離子導(dǎo)通性能。最終整個電容器體系發(fā)揮出了較為優(yōu)異的能量特性，在外部變形的狀態(tài)下，也能夠?qū)崿F(xiàn)長循環(huán)過程中較高的穩(wěn)定性（8000圈，保持率91.6%）。值得一提的是，該電解質(zhì)在高溫下性能優(yōu)異，在80攝氏度下仍能穩(wěn)定工作，而在此溫度下，如今普遍采用的PVA-KOH凝膠電解質(zhì)會產(chǎn)生明顯的電解液泄露甚至熔化現(xiàn)象。該工作在材料的設(shè)計和制備上具有較高的參考價值。

來源：低維材料

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