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Ultrahigh‐Rate Supercapacitor Based on Carbon Nano‐Onion/Graphene Hybrid Structure toward Compact Alternating Current Filter
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2020-09-27 , DOI: 10.1002/aenm.202002132 Chenguang Zhang 1 , Haozhe Du 1 , Ke Ma 1 , Zhihao Yuan 1
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2020-09-27 , DOI: 10.1002/aenm.202002132 Chenguang Zhang 1 , Haozhe Du 1 , Ke Ma 1 , Zhihao Yuan 1
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Traditional filtering capacitors suffer from low volumetric energy density (Ev), which hinders their integration in miniaturized electronics and their high‐frequency response ability to alternating current (AC). Here, a supercapacitor based on a carbon nano‐onion (CNO)‐graphene hybrid structure concurrently possessing high Ev and ultrahigh rate capability is reported for AC filtering. The hybrid structure is synthesized on etched nickel foil using preformed monodispersed nanocrystals through a chemical vapor deposition method. The supercapacitor device shows capacitive behavior independent of voltage scan rate up to 5000 V s−1 in both aqueous and organic electrolytes, which represents a record high among the reported filtering capacitors to date. It also exhibits a high Ev of 14.9 F V2 cm−3 at 120 Hz and 28.8 mWh cm−3 at a current density of 0.25 mA cm−2. Moreover, the supercapacitor is capable of filtering AC with different waveforms at high frequencies into direct current. The hybrid structure holds promise for applications in compact filtering units. The ultrafast ion transportation performance is enabled by the highly positive surface curvature of CNOs, hierarchical interconnection of CNO particles, and the covalent interfacial bonding between CNOs and graphene.
中文翻译：
基于碳纳米洋葱/石墨烯混合结构的超高速超级电容器，用于紧凑型交流滤波器
传统滤波电容器的体积能量密度（E v）低，这不利于它们集成到小型电子设备中，并阻碍了其对交流电（AC）的高频响应能力。在此，基于碳纳米洋葱（CNO）-graphene混合结构同时具有高的超级电容器ë v和超高速率能力报道为AC滤波。通过预先形成的单分散纳米晶体，通过化学气相沉积法在蚀刻的镍箔上合成杂化结构。超级电容器器件的电容行为与高达5000 V s -1的电压扫描速率无关在水性和有机电解质中，这是迄今为止报道的滤波电容器中的最高记录。在电流密度为0.25 mA cm -2时，它在120 Hz时也显示出14.9 FV 2 cm -3的高E v和28.8 mWh cm -3。此外，超级电容器能够将高频下具有不同波形的交流电过滤成直流电。混合结构有望在紧凑型过滤单元中得到应用。CNO的高度正表面曲率，CNO颗粒的分层互连以及CNO和石墨烯之间的共价界面键可实现超快的离子传输性能。
更新日期：2020-11-17
中文翻译：
基于碳纳米洋葱/石墨烯混合结构的超高速超级电容器，用于紧凑型交流滤波器
传统滤波电容器的体积能量密度（E v）低，这不利于它们集成到小型电子设备中，并阻碍了其对交流电（AC）的高频响应能力。在此，基于碳纳米洋葱（CNO）-graphene混合结构同时具有高的超级电容器ë v和超高速率能力报道为AC滤波。通过预先形成的单分散纳米晶体，通过化学气相沉积法在蚀刻的镍箔上合成杂化结构。超级电容器器件的电容行为与高达5000 V s -1的电压扫描速率无关在水性和有机电解质中，这是迄今为止报道的滤波电容器中的最高记录。在电流密度为0.25 mA cm -2时，它在120 Hz时也显示出14.9 FV 2 cm -3的高E v和28.8 mWh cm -3。此外，超级电容器能够将高频下具有不同波形的交流电过滤成直流电。混合结构有望在紧凑型过滤单元中得到应用。CNO的高度正表面曲率，CNO颗粒的分层互连以及CNO和石墨烯之间的共价界面键可实现超快的离子传输性能。
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