澳大利亞莫納什大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出高度彎曲的”多尺度還原氧化石墨烯”結(jié)構(gòu)，通過(guò)快速熱退火工藝顯著提升比表面積，使超級(jí)電容器兼具高功率密度（69.2千瓦/升）和高能量密度（99.5瓦時(shí)/升），突破傳統(tǒng)碳基器件性能瓶頸?。該材料利用天然石墨制備，具備快速充電能力和循環(huán)穩(wěn)定性，為電氣化交通和電網(wǎng)儲(chǔ)能提供新方案。

超級(jí)電容器是一種以靜電方式儲(chǔ)存電荷的新型儲(chǔ)能裝置，其工作原理不同于依賴化學(xué)反應(yīng)的電池。然而長(zhǎng)期以來(lái)，該類器件面臨一個(gè)關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題：碳材料中可用于儲(chǔ)存能量的表面積比例過(guò)低。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，只需調(diào)整材料的熱處理方式，就能顯著提高其可利用的表面積。這一進(jìn)展使得制造出既能快速充電、又可儲(chǔ)存大量能量的超級(jí)電容器成為可能，從而使其能在眾多應(yīng)用中替代電池，并實(shí)現(xiàn)更高效的能量傳輸。

這項(xiàng)突破的核心在于一種名為“多尺度還原氧化石墨烯”的新型材料結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)使用澳大利亞豐富的天然石墨，通過(guò)快速熱退火工藝，形成了一種高度彎曲的石墨烯結(jié)構(gòu)，為離子提供了高效遷移的路徑，最終使材料同時(shí)具備高功率和高能量密度——這一組合在單一器件中極為罕見。

能量密度指單位體積或質(zhì)量所能儲(chǔ)存的能量，功率密度則指單位體積或質(zhì)量所能輸出的最大功率。在電池設(shè)計(jì)中，二者往往難以兼顧，提高能量密度通常導(dǎo)致功率密度下降，反之亦然。

研究人員將該材料組裝成超級(jí)電容器，測(cè)試結(jié)果顯示，其能量密度高達(dá)99.5瓦小時(shí)/升，功率密度達(dá)69.2千瓦/升，同時(shí)具備快速充電能力和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。這些性能指標(biāo)在碳基超級(jí)電容器中位居前列，且該制備工藝具備可擴(kuò)展性。

圖1. 示意圖突出顯示了層狀、無(wú)序和多尺度石墨烯之間的差異，并具有 M-rGO 的形態(tài)特征。

圖2. D-rGO 和 M-rGO 之間的物理化學(xué)差異以及本研究中使用的軟包電池原型的制造工藝。

圖3. 進(jìn)行 e-IE 之前和之后 M-rGO 袋式電池設(shè)備的材料級(jí)電化學(xué)性能。

圖4. 設(shè)備級(jí)電化學(xué)性能。

圖5.?老化對(duì)電極表面形貌的影響。

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