面向高能量不对称超级电容器的微波辅助尖晶石铁氧体 - 石墨烯纳米杂化物工程

《Scientific Reports》：Microwave-assisted engineering of spinel ferrite–graphene nanohybrids for high-energy asymmetric supercapacitors

　　

摘要

超级电容器以其高功率密度、快速的充放电速率和优异的循环稳定性而广为人知。然而，在保持高功率的同时提高超级电容器的能量密度，仍然是这种电化学储能设备面临的关键挑战。在本工作中，通过微波辅助共沉淀法合成了尖晶石铁氧体 - 石墨烯纳米复合材料。该方法实现了铁氧体纳米粒子在石墨烯纳米片上的快速、均匀修饰。结构表征证实，在受控热条件下，石墨烯基质内原位形成了结晶尖晶石相。电化学测量表明，由于铁氧体相的氧化还原活性，电荷存储过程主要是扩散控制的。优化后的电极在 1 A g^–1的电流密度下提供了 1467 F g^–1的比电容，并具有合理的倍率性能。此外，使用优化后的纳米复合材料组装了一个全固态非对称超级电容器（ASC）器件。该 ASC 器件实现了 86.53 Wh kg^–1的显著能量密度和 4882.35 W kg^–1的功率密度。此外，该器件在 10,000 次循环中保持了稳定的循环性能。这些结果展示了尖晶石铁氧体 - 石墨烯纳米复合材料的演进，以及界面设计在提高此类纳米复合材料电化学性能中的关键作用。