在维持高功率密度、长循环寿命的前提下提升能量密度,是超级电容器的重要发展方向。在电极材料的设计中,质量比电容与体积比电容此消彼长,主要原因在于提高密度会减少可用的比表面积。要进一步改善电极性能,需要对电极材料结构进行更精细的调控。石墨烯等纳米碳材料的可控组装是实现这一过程的重要途经。
鉴于此,中国石油大学(华东)范壮军教授团队和新疆大学张苏副教授在Particuology上发表的综述文章,从储能基元/空间高效利用的角度,综述了石墨烯叠层组装体的可控构筑、电化学性能和内在机理,为纳米碳材料的可控组装提供了新视角。
超级电容器是一种储能设备,具有较高的功率密度,在电动汽车、起重机械、军事武器等的高功率电源和车辆动能回收等领域存在广阔应用前景。未来超级电容器的一个发展方向是继续保持高功率密度的优势,并进一步提高能量密度,这需要对电极材料的结构和性能进行进一步的精确调控,从而调和材料的密度和比表面积之间的矛盾。选择不同尺度和维度的纳米碳支撑体,可以控制石墨烯层层堆叠,使碳材料的精细化结构设计与制备成为可能。因此,文章从石墨烯基元设计到可控组装策略对石墨烯叠层组装体的可控构筑、电化学性能和内在机理进行了综述,为电极材料的发展提供参考。
本文从储能基元/空间高效利用的角度综述了石墨烯叠层组装体的可控构筑、电化学性能和内在机理,综述了近年来构建石墨烯叠层组装的策略,重点介绍了其作为超级电容器电极材料的应用,系统地讨论了石墨烯构建基元、柱撑石墨烯和自支撑石墨烯对叠层石墨烯组装体的影响。最后,概述了该领域目前面临的挑战和未来的发展方向,旨在为材料化学和新能源器件创新提供新的机遇,为电极材料的发展提供参考。