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Ultrahigh‐Rate Supercapacitor Based on Carbon Nano‐Onion/Graphene Hybrid Structure toward Compact Alternating Current Filter

材料科学 超级电容器 石墨烯 水平扫描速率 电容器 电流密度 电解质 光电子学 电极 纳米技术 电化学 电压 电气工程 物理化学 工程类 化学 物理 量子力学 循环伏安法
作者
Chenguang Zhang,Haozhe Du,Ke Ma,Zhihao Yuan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (43) 被引量:63
标识
DOI:10.1002/aenm.202002132
摘要

Abstract Traditional filtering capacitors suffer from low volumetric energy density ( E v ), 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 E v 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 E v of 14.9 F V 2 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.
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