【NCM研究论文】中国科学院金属研究所李峰研究员：提高电容量的新思路——碘化钾辅助的孔结构精细化调控

1    研究背景

2    工作简介

3    核心图文解析

图2a比较了不同样品在1 A g-1恒流充放电测试过程中，所展现的质量比容量和体积比容量。KIG-25的质量比容量和体积比容量分别达到120 F g^-1和115 F cm^-3，远高于石墨烯（74.1 F g^-1和46 F cm^-3），同时也高于KIG-12.5和KIG-37.5的体积比电容。结合物性表征的结果可知，较少的碘化钾会限制对石墨烯孔结构的优化和赝电容增强效果；而过多的碘化钾会产生团聚现象发生，降低材料的体积密度并使碘化钾在材料表面析出。图2b为KIG电化学电容器的能量密度-功率密度关系图，其体积功率密度为57.3 W L^-1时，体积能量密度可达19.6 Wh L^-1，明显高于薄膜锂离子电池和商用电化学电容器。

4    结论

利用氧化还原电解质调控石墨烯毛细致密化过程，制备出了具有高体积比电容和体积能量密度的碘化钾增强石墨烯材料。在石墨烯水凝胶的网络中预载碘化钾可以控制毛细蒸发过程中的孔结构演化，增加孔径大于5 nm的中孔比例。预载的碘化钾可以作为载流子提升材料的离子可及表面积，促进电荷的输运过程，从而提高倍率性能，也可作为活性物质，提供额外的赝电容量。所制材料的振实密度可达0.96 g cm^-3，在离子液体电解液中的体积比电容高达115 F cm^-3。利用该材料所组装的电化学电容器的体积能量密度可以达到19.6 Wh L^-1，8000次循环后仍具有92.4%的容量保持率。此工作为制备高体积能量密度的电极材料提供了新思路。