微型電子器件的發展需要高性能微型超級電容器的發展。具有指狀結構的微型超級電容器的低面能量密度是阻礙該應用的主要挑戰。在此，本文介紹了一種利用石墨烯-碳納米管復合墨水書寫技術，實現全固態柔性微超級電容器可擴展制造的簡單方法。微型超級電容器表現出良好的電化學性能，具有1.36 µWh cm
–2的高面能量密度和0.25 mW cm
–2的功率密度，以及良好的循環穩定性和出色的機械柔韌性。本文提出的方案為高性能、全固態、柔性微超級電容器的制備提供了一種簡單易行的方法。
Scheme 1. a) G-CNT油墨示意圖。b)具有G-CNT電極叉指結構的微型超級電容器的制備示意圖。
Figure 1. G-CNT油墨的流變性能。a) G-CNT-5裝置油墨粘度與剪切速率的關系。b) G-CNT-5裝置油墨的存儲損耗模量與剪Figure 2. G-CNT-5器件的形態特征。a-d) G-CNT-5電極不同放大倍數的俯視圖SEM圖。e-f) G-CNT-5電極不同放大倍數的橫截面SEM圖。g-i) G-CNT-5電極不同放大倍數的TEM圖。
Figure 2. G-CNT-5器件的形態特征。a-d) G-CNT-5電極不同放大倍數的俯視圖SEM圖。e-f) G-CNT-5電極不同放大倍數的橫截面SEM圖。g-i) G-CNT-5電極不同放大倍數的TEM圖。
Figure 3. G-CNT-X電極的化學表征。a) G-CNT-X電極的XRD圖。b)氧化石墨烯和G-CNT-X電極的拉曼光譜。c) G-CNT-5電極的光學圖像及其I
D/I
G分布的拉曼映射。d) GO電極和G-CNT-X電極的XPS測量。e) G-CNT-5電極的C1s核心級XPS。
Figure 4. G-CNT-X的電化學性能。a)一個MSC設備的圖片。b) G-CNT-X掃描速率為10mv s
-1時的CV曲線。c) G-CNT-5在5-100mv s
-1不同掃描速率下的CV曲線。d) G-CNT-5在0.05-0.40 mA cm
-2不同電流密度下的恒電流充放電曲線。e) G-CNT-X在0.05-0.40 mA cm
-2不同電流密度下的面積電容。f) G-CNT材料的3D網絡中電子和電解質離子遷移的機理模型。g) G-CNT-5在0.10 mA cm
-2的電流密度下的循環穩定性。h) G-CNT-5的Ragone plot圖和其他基于MSCs的石墨烯和/或CNT電極的文獻。
Figure 5. 進行G-CNT-5并聯和串聯配置的三個設備的靈活性測試和組裝。a)彎曲試驗配置說明。b) G-CNT-5在10mv s
-1不同應變狀態下的CV曲線。c)掃描速率為10mv s
-1時G-CNT-5不同應變狀態下的電容保持。d)不同彎曲周期G-CNT-5的電容保持率。e)串聯連接的三個G-CNT-5設備的恒電流充放電曲線，并在相同電流密度為0.05 mA cm
-2的情況下與單個設備進行比較。f)并聯連接的三個G-CNT-5設備的恒電流充放電曲線，并在電流密度為0.05 mA cm
-2的情況下與單個設備進行比較。
相關研究成果于2020年由西安交通大學李磊教授團隊，發表在Adv. Funct. Mater (DOI: 10.1002/adfm.201907284)上。原文：Direct Graphene-Carbon Nanotube Composite Ink Writing All-Solid-State Flexible Microsupercapacitors with High Areal Energy Density
