1成果簡介

　　濾波電容器在日益增長的電子產品中起著至關重要的作用，以保證復雜環境中的電流穩定性。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、電動汽車、飛機等惡劣的溫度環境和小尺寸。因此，本文，清華大學化學系程虎虎與曲良體教授（點擊藍色字體有導師詳介）團隊在《Small》期刊發表名為“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) 開發了一種超快電化學電容器，該電容器具有高達 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快速離子傳輸，該離子電化學電容器具有 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)，大于大多數報道的電化學電容器。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的寬頻率范圍內工作良好。GI-EC串聯或并聯的簡單集成還可以進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性，為普遍的濾波電容器提供了廣闊的前景。

　　2圖文導讀

　　圖1、a,b) GI 電極的電化學制造示意圖。a) 在三電極系統中，Au基板用作工作電極（WE，負極）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系圖。

　　e) GI-EC在不同電流密度下的GCD曲線。

　　f) 作為頻率函數的相位角圖。

　　g) 奈奎斯特圖；插圖：高頻的擴展視圖。

　　h) 面積電容與頻率的關系圖。插圖是 GI-EC 裝置和與 GI-EC 容量相當的商用 AEC 的照片。

　　i) GI-EC 的循環穩定性。并且通過GCD測量在20 mA cm-2下對GI-EC進行了10 4個循環的測試。每 500 個 GCD 循環后進行電化學阻抗譜測量。

　　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、串聯和并聯的GI-EC的性能

　　3小結

　　研究開發了石墨烯離子凝膠超快電化學電容器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構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，為極端環境中的最小化電路提供了巨大的實用價值。