石墨烯非对称超级电容器（石墨烯离子凝胶电极超快过滤超级电容器）

石墨烯非对称超级电容器（石墨烯离子凝胶电极超快过滤超级电容器）e) GO、rGO 和 rGO@GI 的 C 1s XPS。每种石墨烯材料的XPS光谱可分为五种碳键：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)。d) rGO 电极横截面的 SEM 图像。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EMImBF 4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。

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“Graphene Ionogel Ultra-Fast Filter Supercapacitor with 4 V Workable Window and 150 °C Operable Temperature”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 150 ℃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 1784 µF V 2cm -2的高面积比能量密度在150 °C时相位角为-80.0° (120 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10^4 Hz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EMImBF 4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 C 1s XPS。每种石墨烯材料的XPS光谱可分为五种碳键：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)。

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 1000 V s -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20 mA cm-2下对GI-EC进行了10 4个循环的测试。每 500 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、100 和 150 °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150°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EMImBF 4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：

https://doi.org/10.1002/smll.202200916