Ultrahigh-power micrometre-sized supercapacitors based on onion-like carbon

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作者
David Pech,Brunet Magali,Hugo Durou,Peihua Huang,Vadym N. Mochalin,Yury Gogotsi,Pierre‐Louis Taberna,Patrice Simon
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:5 (9): 651-654 被引量:2612
标识
DOI:10.1038/nnano.2010.162
摘要

Electrochemical capacitors, also called supercapacitors, store energy in two closely spaced layers with opposing charges, and are used to power hybrid electric vehicles, portable electronic equipment and other devices1. By offering fast charging and discharging rates, and the ability to sustain millions of cycles2,3,4,5, electrochemical capacitors bridge the gap between batteries, which offer high energy densities but are slow, and conventional electrolytic capacitors, which are fast but have low energy densities. Here, we demonstrate microsupercapacitors with powers per volume that are comparable to electrolytic capacitors, capacitances that are four orders of magnitude higher, and energies per volume that are an order of magnitude higher. We also measured discharge rates of up to 200 V s−1, which is three orders of magnitude higher than conventional supercapacitors. The microsupercapacitors are produced by the electrophoretic deposition of a several-micrometre-thick layer of nanostructured carbon onions6,7 with diameters of 6–7 nm. Integration of these nanoparticles in a microdevice with a high surface-to-volume ratio, without the use of organic binders and polymer separators, improves performance because of the ease with which ions can access the active material. Increasing the energy density and discharge rates of supercapacitors will enable them to compete with batteries and conventional electrolytic capacitors in a number of applications. Micrometre-thick supercapacitors made from onion-like carbon nanoparticles exhibit orders of magnitude higher capacitance and energy density compared with electrolytic capacitors, and much higher charging/discharging rates than conventional supercapacitors.
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