Freestanding Three-Dimensional Graphene/MnO2 Composite Networks As Ultralight and Flexible Supercapacitor Electrodes

超级电容器 材料科学 石墨烯 电容 电极 复合数 储能 聚对苯二甲酸乙二醇酯 纳米技术 电化学 导电体 复合材料 物理 物理化学 功率(物理) 化学 量子力学
作者
Yongmin He,Wanjun Chen,Xiaodong Li,Zhenxing Zhang,Jiecai Fu,Changhui Zhao,Erqing Xie
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:7 (1): 174-182 被引量:1357
标识
DOI:10.1021/nn304833s
摘要

A lightweight, flexible, and highly efficient energy management strategy is needed for flexible energy-storage devices to meet a rapidly growing demand. Graphene-based flexible supercapacitors are one of the most promising candidates because of their intriguing features. In this report, we describe the use of freestanding, lightweight (0.75 mg/cm2), ultrathin (<200 μm), highly conductive (55 S/cm), and flexible three-dimensional (3D) graphene networks, loaded with MnO2 by electrodeposition, as the electrodes of a flexible supercapacitor. It was found that the 3D graphene networks showed an ideal supporter for active materials and permitted a large MnO2 mass loading of 9.8 mg/cm2 (∼92.9% of the mass of the entire electrode), leading to a high area capacitance of 1.42 F/cm2 at a scan rate of 2 mV/s. With a view to practical applications, we have further optimized the MnO2 content with respect to the entire electrode and achieved a maximum specific capacitance of 130 F/g. In addition, we have also explored the excellent electrochemical performance of a symmetrical supercapacitor (of weight less than 10 mg and thickness ∼0.8 mm) consisting of a sandwich structure of two pieces of 3D graphene/MnO2 composite network separated by a membrane and encapsulated in polyethylene terephthalate (PET) membranes. This research might provide a method for flexible, lightweight, high-performance, low-cost, and environmentally friendly materials used in energy conversion and storage systems for the effective use of renewable energy.
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