基于三维石墨烯/碳化的金属-有机骨架的高性能超级电容器

超级电容器是一种可以在具有高度多孔结构的导电材料上存储电能的设备。与锂离子电池相比，碳基电化学电容器表现出快速的充电/放电速率和高功率密度，但受能量密度低的限制。我们使用自组装方法从石墨烯/碳化的金属-有机骨架复合材料中构建了三维石墨烯基纳米多孔碳，该碳具有较高的比表面积（1849 m² g^-1），在水性电解质中1 mV/s下472 F/g和1 A/g下420 F/g的显著电容。在电压窗口高达3 V的有机电解质中测得1 1 A/g下397 F/g的比电容导致在对称电容器器件中实现124.1 Wh/kg的高能量密度。这种材料的发展接近碳基材料的理论电容（550 F/g），并且易于扩展到实际应用。 

Figure 1. （a）GNPC对称超级电容器的制造示意图。（b）氧化石墨烯、（c）GO-MOF配合物和（d）GNPC的TEM图像。插图：GNPC的HRTEM图像。GNPC材料的（e）XRD图、（f）孔径宽度分布和（g）拉曼光谱。

Figure 2. GNPC-0.75、NPC和基于石墨烯的对称超级电容器在水性电解质中的电化学性能：（a-b）CV曲线和基于CV测试的电容值。（c-d）恒电流充电/放电曲线和基于GCD测试的电容值。（e）GNPC-0.75和NPC的奈奎斯特图。插图：高频区域。（f）GNPC-0.75、NPC和石墨烯材料的波特图。（g）GNPC-0.75样品的Ragone图。（h）GNPC-0.75材料的循环稳定性。

Figure 3. 基于GNPC-0.75的对称超级电容器在有机电解质中的电化学性能：基于GNPC-0.75材料的超级电容器设备的（a）CV曲线、（b）GCD曲线、（c）Nyquist图、（d）Bode图和（e）Ragone图。插图：由基于GNPC-0.75的超级电容器设备供电的两个2.7 V LED。（f）GNPC-0.75材料的循环稳定性。 

   相关研究成果于2020年由西波美拉尼亚技术大学Xuecheng Chen课题组和中国科学院Xuecheng Chen课题组，发表在Carbon（2020, 157, 55-63）上。原文：Three dimensional graphene/carbonized metal-organic frameworks based high-performance supercapacitor。