类金刚石键的氮掺杂石墨烯，实现了前所未有的高功率能量密度

成果简介

超级电容器以其运行速度快、可逆性好、可持续发展等优点引起了人们的极大兴趣。然而，它们的能量密度仍然低于电池。在过去的十年中，利用石墨烯相关结构的开放框架结构，人们已经开发出了能量为110 W h L-1、功率为1 kW L-1的超级电容器。本文，帕拉茨基大学Michal Otyepka，Aristides Bakandritsos等研究人员在《Energy Environ. Sci》期刊发表名为“Nitrogen doped graphene with diamond-like bonds achieves unprecedented energy density at high power in a symmetric sustainable supercapacitor”的论文，研究通过利用基于自由基的荧光石墨烯化学制备一类新的碳基材料，包括具有类金刚石四面体成键的氮掺杂石墨烯，用于高能量密度超级电容器电极，其密度明显高于通过机械压缩等其他方法制备的同类材料。

理论研究表明，C-C 键在以碳为中心的自由基之间发展，这些自由基出现在氮掺杂剂附近。这种材料具有类金刚石键和 2.8 g cm -3的超高质量密度，是离子的极好主体，在2.6 kW L -1的功率下提供前所未有的 200 W h L -1能量密度和 143 W h L -1在 52 kW L -1。这些发现开辟了一条通往材料的道路，这些材料的性质有望使超级电容器组件的性能得到革命性的改善。

图文导读

图1、GN3材料的合成和表征。

图2. 在铝箔上粘贴添加剂的 GN3 的 SEM 图像

图3.具有 GN3 电极的对称超级电容器电池的电化学特性。

图3. (a) 与使用商业2000m2g-1活性炭和从文献中制成的电极对比(b)在GN3的高(10 mg cm -2 )质量负载下对称全电池的比电容是低质量负载(1 mg cm -2 )对称全电池的记录电容的99% 。(c),(d) 组装前 (c) 和组装后 (d) 铝箔上的硬币电池 GN3 电极；组装的电池用于操作4V LED二极管。

文献：

• https://doi.org/10.1039/D1EE02234B