具有高能量/功率密度和長循環(huán)壽命的平面微型超級電容器(MSCs)有望加速未來可穿戴小型化電子設備的發(fā)展。然而，它的低能量密度問題總是跟不上不斷增長的單位能耗的需求。為此，設計了一種雙活性和動力學相互促進的Li
3VO
4(LVO)/石墨烯復合材料作為高能量密度鋰離子微電容器(LIMCs)的陽極。通過原子層預淀積(ALD)技術將LVO納米顆粒均勻地限制在石墨烯納米片上，大大分散了LVO的成核位置，阻礙了其連續(xù)固相形成過程中的粗晶生長。LVO和石墨烯襯底在LIMCs的叉指電極上具有足夠的擴散空間，其反應動力學得到了極大的促進，協(xié)同促進了鋰離子的三維高效存儲行為。LVO/石墨烯表現(xiàn)出非凡的儲能速率(98.5mAh g
-1，在40A g
-1 (100C)時)和長期穩(wěn)定性。所有的集流器和不對稱的叉指電極都是噴印的，為LIMCs的大規(guī)模生產(chǎn)開創(chuàng)了一種簡便而精細的技術。LIMCs具有51.4MWh cm
-3的優(yōu)異體積能量密度、出色的柔韌性和循環(huán)穩(wěn)定性，展示了未來小型化、柔性化和高性能儲能設備的巨大潛力。
圖1. 電極和LIMCs的制備示意圖：(a)ALD工藝結(jié)合固態(tài)燒結(jié)法制備LVO/石墨烯納米復合材料，作為陽極；(b)叉指電極的噴印和基于離子凝膠電解質(zhì)的LIMCs的組裝；(c) AC 與MXene混合作為陰極。
圖2. ALD-VO-1和ALD-LVO-1的結(jié)構(gòu)表征和微觀結(jié)構(gòu)：(a)XRD圖譜；(b)拉曼光譜；(c)ALD-LVO-1的V2p光電子能譜（XPS）；(d)氮吸附-脫附等值線；(e)ALD-VO-1的TEM圖像，插圖：SAED圖；(f)C，O，V的元素映射；(g，h)ALD-LVO-1的TEM圖像，插圖：SAED圖；(i)C、O、V的元素映射。
圖3. 硬幣型半電池的電化學性能評價及其機理：(a)重量倍率性能；(b)與其他報道的重量倍率性能的比較；(c)體積倍率性能；(d)0.2mV s
-1掃描速率下CV曲線中的電容貢獻；(e)不同掃描速率下擴散和電容能力的貢獻比；(f)循環(huán)性能和庫侖效率；(g)原位XRD圖譜；(h)非原位拉曼光譜和(i) I
D/I
G比。
圖4. 基于AC陰極和ALD-LVO-1陽極的LICs在硬幣型電池中的電化學性能優(yōu)化：(a) LICs的示意圖；(b)在0.2mg
-1的電流密度下，陰極、陽極和LICs全電池的工作電壓范圍；(c) LICs的GCD曲線；(e)Ragone曲線圖；(f)在1A g
-1的電流密度下的循環(huán)性能和庫侖效率。
圖5. LIMCs的電化學評價：(a) LIMCs器件的照片；(b)噴印叉指電極的SEM圖像；(c，d)陽極和陰極的SEM圖像俯視圖；(e)不同掃描速率下的CV曲線；(f)串聯(lián)或并聯(lián)的兩個LIMCs構(gòu)件在5 mV s
-1掃描速率下的CV曲線；(g)串聯(lián)的兩個LIMCs構(gòu)件的GCD曲線；(h) 在電流密度為0.02 mA cm
-1 時的循環(huán)性能和庫侖效率。(i)在不同彎曲角度下測量的LIMCs的CV曲線，插圖：LIMCs彎曲的照片；(j)Ragone曲線圖；(k)由兩個LIMCs串聯(lián)驅(qū)動的柔性數(shù)字手表的照片。
相關研究成果由河北工業(yè)大學材料科學與工程學院Miaoxin Zhang等于2021年發(fā)表在Energy Storage Materials (https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.09.02)上。原文：Dual Active and Kinetically Inter-Promoting Li
3VO
4/Graphene Anode Enabling Printable High Energy Density Lithium Ion Micro Capacitors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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