空间调制激光辐照用于提升激光诱导石墨烯的电化学电容

《CARBON》：Spatially Modulated Laser Irradiation for Enhanced Electrochemical Capacitance of Laser-Induced Graphene

　　

Changyoung Ryu | Dat Cong Minh Nguyen | Jong Hyuck Choi | Jung Bin In

摘要

本研究介绍了一种空间调制激光辐照技术，旨在提升激光诱导石墨烯（LIG）电极的电化学性能。该技术通过光栅扫描过程中逐行改变激光功率，取代了在整个电极上均匀辐照的方式，从而在单个电极结构内形成具有不同物理化学特性的相邻LIG区域。高激光功率照射区域表现出更好的石墨化程度、孔隙率和导电性，有利于电双层（EDL）电荷存储；而低激光功率照射区域则保留了丰富的杂原子表面官能团，提供了额外的伪电容电荷存储能力。这种互补区域的空间集成有效缓解了均匀处理LIG电极中常见的效率与功能之间的权衡问题。通过空间集成8.6 W和6.5 W功率处理的LIG区域制备的优化电极，在0.2 mA/cm2电流下实现了21.12 mF/cm2的面积电容，并在15,000次充放电循环后仍保持了95.5%的初始电容，证明了这种空间调制电极结构的可靠性。该电极在7天后电容仍保持为100.4%，且电容量变化曲线（CV曲线）具有重复性。拉曼光谱、X射线光电子能谱和电化学分析证实，性能的提升源于导电性的改善以及杂原子表面官能团带来的额外电荷存储效应的协同作用。这种简单而有效的逐行激光功率调制策略为定制LIG微结构和开发高性能超级电容器电极提供了实用途径。