Surface Charge Regulation of Graphene by Fluorine and Chlorine Co-Doping for Constructing Ultrastable and Large Energy Density Micro-Supercapacitors

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作者
Binbin Liu,Jiagang Hou,Kai Wang,Caixia Xu,Qinghua Zhang,Lin Gu,Weijia Zhou,Qian Li,John Wang,Hong Liu
标识
DOI:10.2139/ssrn.4604079
摘要

Settling the structure stacking of graphene nanosheets to maintain the high dispersity has been the intense issue to facilitate their practical application in the microelectronics-related devices. Herein, the co-doping of the highest electronegative fluorine and large atomic radius chlorine into graphene via one-step electrochemical exfoliation protocol were engineered to actualize the ultralong cycling stability with no structural pile for all-solid-state flexible micro-supercapacitors (MSCs). Density functional theoretical calculations unveiled that the fluorine into graphene can form the “ionic” C-F bond to increase the repulsive force between nanosheets, and the introduction of chlorine can enlarge the layer spacing of graphene as well as increase active sites by accumulating the charge on pore defects. The co-doping of F and Cl generates the strong synergy to achieve high reversible capacitance and sturdy structure stability for graphene. The as-constructed aqueous gel-based MSC exhibited the superb cycling stability for 500,000 cycles with no capacitance loss and structure stacking. Furthermore, the ionic liquid gel-based MSC demonstrated a high energy density of 113.9 mW h cm-3 under high voltage up to 3.5 V. The current work enlightens deep insights into the design and scalable preparation of high performance co-doped graphene electrode candidate in the field of flexible microelectronics.

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