三维垂直石墨烯电极

厚电极不减容量

垂直通道与三维导电网络协同，实现活性质量负载与电容性能解耦。

杨光智 · Zhou, Jiangqi · Zhang, Zhenwang · Song, Yuanzhe · Wei, Li · Chen, Zhihong · Weiqing, Chu · Jinshuo, Chen · 薛裕华 · 彭成信 · 唐伟

Journal of Alloys and Compounds 2023

参数信息

活性物质质量负载

8.4 mg cm⁻²

面积电容

927 mF cm⁻²

倍率性能

53 %

面积能量密度

360.4 μWh cm⁻²

面积功率密度

10.125 mW cm⁻²

技术优势

厚电极保持高电容

即使活性物质负载高达 8.4 mg cm⁻²，电极仍具有 927 mF cm⁻² 的面积电容，因为垂直排列的通道缩短了离子扩散路径，三维导电网络促进了电子转移。

倍率性能优异

在 15 mA cm⁻² 的高电流密度下，仍能保持 53% 的电容，表明厚电极具有快速的动力学和良好的倍率性能。

高面积能量/功率密度

该厚电极的面积能量密度达到 360.4 μWh cm⁻²，面积功率密度达到 10.125 mW cm⁻²，在单位面积上实现了高能量和高功率输出。

应用场景

• 锌离子混合超级电容器：该厚电极可直接用作锌离子混合超级电容器正极，在高质量负载下保持高电容，提升器件面积性能。
• 高负载电极：通过垂直通道和三维导电网络的设计，该电极在 8.4 mg cm⁻² 的高负载下仍实现高电容，解决了厚电极性能衰减问题。
• 石墨烯电极：采用三维垂直取向石墨烯骨架结合聚吡咯，提供快速电子传输路径和结构稳定性，适合高负载应用。
• 便携式储能器件：高面积能量密度和功率密度使得该电极在单位面积上可提供更多能量，有利于便携式储能器件的小型化。