碳是超级电容器极具吸引力的活性材料，因为它们大多便宜且导电性好。电荷通常通过在电解液中形成双电层储存在碳电极上。它使超快的充放电速率和突出的循环稳定性成为可能，而碳基电极的电容最终受到其表面积的限制。3D打印技术已广泛用于不同的研究领域，例如储能设备、催化、电子、微流体和生物技术。与块电极相比，3D打印的电极显示出更好的电解质渗透和离子扩散能力。赝电容电极在快速充电时的性能通常受到慢的法拉第反应动力学和离子在体结构中缓慢扩散的限制。这对于厚电极和高负载活性材料的电极尤其成问题。在此，加州大学圣克鲁兹分校Yat Li等人提出了一种表面功能化的3D打印石墨烯气凝胶(SF‐3D GA)，它不仅能在100 mA cm⁻²的高电流密度下达到2195 mF cm⁻²的基准面电容，而且即使在12.8 mg cm⁻²的高质量负载下，也可以达到309.1 µF cm⁻²的超高本征电容。重要的是，动力学分析表明SF‐3D GA电极的电容主要（93.3%）来自快速动力学过程。这是因为3D打印电极具有开放的结构，确保了碳表面官能团的良好覆盖，即使在高电流密度和大质量负载/电极厚度的情况下，也能促进这些表面官能团的离子可及性。以SF-3D GA为负极，MnO₂修饰的3D打印GA为正极的非对称器件在164.5 mW cm⁻²的超高功率密度下可实现0.65 mWh cm⁻²的显著能量密度，性能优于相同功率密度下的碳基超级电容器。

Bin Yao, Swetha Chandrasekaran, Haozhe Zhang, Annie Ma, Junzhe Kang, Lei Zhang, Xihong Lu, Fang Qian, Cheng Zhu, Eric B. Duoss, Christopher M. Spadaccini, Marcus A. Worsley, Yat Li. 3D-Printed Structure Boosts the Kinetics and Intrinsic Capacitance of Pseudocapacitive Graphene Aerogels. Advanced Materials 2020, 1906652.

DOI: 10.1002/adma.201906652

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.201906652