Synergistic interaction between redox-active electrolyte and binder-free

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SYNERGISTIC INTERACTION BETWEEN REDOX-ACTIVE ELECTROLYTE AND BINDERFREE FUNCTIONALIZED CARBON FOR ULTRAHIGH SUPERCAPACITOR PERFORMANCEABSTRACT:1、研究高能量密度和高功率密度的超电容器

2、利用Cu(2+)还原C-O官能团，无粘合剂电极

3、有利于高性能电容器大规模应用。

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compare

1

快速的电流感应， 表面官能团极化增加多孔炭的可沾性。

2 3

利用替代法引入介质使电流感应反应加快 但忽略表面官能团和使用粘合剂使more labour intensive

引入Cucl2形成Cucl层稳固Cu-O,无粘合剂增大导电率。 发明了浸渍和干燥技术(dip and dry technique)。

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RESULTS

多孔电极的特性： PCMS were prepared by

ultrasonic spray pyrolysis and attached with microwires composed of carbon.

其CRD , XRD and HRTEM 图像 如下：

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ANALISE1、用Brunauer–Emmett–Teller法 测量比表面积为910平方米每克。 2、用BET法测量毛孔大小如下图， 约20nm. ∮

由电光子分光光谱定量分析显示 各成分如图：

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电化学性能： PCMs作为活性材料，用三电极组检验电极，计算伏安电容和平

均密度：

Cs(F/g):伏安比电容； ∮IdV(A*V):伏安电荷，伏安曲线下的面积； V(V):电势窗； S(V/S):扫描速率和有效质量。

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在扫描速率为5mV/s的硫酸 电解液中伏安电容为440F/g, 发现了电势在约0.35V的准 矩形赝电容广峰如图:

当加入CuSO4后，相同扫描 速率，伏安电容为420F/g,发 现了电势在约0.75V的氧化 还原峰如图：

其电容是之前用粘合剂的约 2.5倍。

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如图当加入了Cucl时 反应变化巨大如右图： 高低浓度分别达到 3072和4700F/g,是原 先(440F/g)的约10.5倍。 此时计算的平均能量 密度为163Wh/kg。

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C(F/g):恒电流充放电-比电容； im=I/m(A/g):电流密度； I:电流和电极有效质量；

∫Vdt:电流面积积分； V:分别是Vi和Vf的初终值。

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The galvanostatic

capacitances were calculated withequation using the integral current areas. 1M HNO3 and 0.06M CuCl2 aqueous electrolyte solution at 20A/g, a galvanostatic capacitance of 946 F /g was observed with 98% capacitance retention.

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微丝上的伏安电荷(7.5*10^-5V·A) 约是所制备电极(1.92*10^-2)的 1/250倍。

经过5000周期后，其保持了初 始恒流电容1335F/g的99.4%。 证明了他的高循环性能

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DISCUSSION 所制备电极超电化学性能原因： PCMS无粘合剂内表面：

改善了PCMS的电导性， 使离子经开放孔通道 快速扩散； 表面含氧官能团：吸 收水分子增加可沾性 和充足的可利用表面 积。(右图为测试所得完美的准矩形曲线)

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加入介质对电容的影响1、加入CuSO4后redox peak被 发现 2、替换为Cucl后电容成斤10倍 的大幅增长

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电容变化的实质Cucl2和表面官能团的反应， 在羰基表面

形成了可逆的 Cucl层。 同时发生了Cu离子的吸附与 沉积反应

由于第一步无明显沉积，第 二步开始出现。

故可通过控制电势窗避免沉 积使Cu+被循环吸收，从而 增强电容器性能。

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所制备的快速电离子传输电极有着 远远低于微丝(1361Ω)的Rct(0.04Ω).

这是因为PCMS表面包含大 量的含氧的官能团而微丝上 几乎可以忽略，而含氧官能 团是电离子通过微丝导电的 活性部位，

因而Cucl2如图固定含氧官能 团的功能就绝不可忽视！

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另外一个因素使电离子

传输更快的因素是极低 的Resr(等效串联电阻) 如图EIS曲线在0.2V时出 现了一个短尾巴说明了 电子入孔的极快传输速 度。 此外其比0.1和0.32V更 偏离90º是由于高扩散 速率和强扫描速率。 还可看出电极离子起始 扩散速率为362Hz。

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在经过5000次的充放

电循环和60A/g的条件 下99.4%的电容器保持 不变？ 这是因为1)氯化物对 Cu-O相互作用的稳定； 2)PCMS和微丝的联 系减少了表面张力

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E:能量密度; I:电流和两电极的有效质量;

∫Vdt:恒流放电电流面积; P:功率密度; t:放电时间。 能量密度E和功率密度P用以上2个方程计算结果：73Wh/kg(0.82mWh/cm³)

和7.5kW/kg(85mW/cm³).

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qld4.html