钟文斌教授团队在超级电容器领域取得新进展

商业化碳布（CC）具有高电导率、特殊的孔结构和高的机械柔性，被作为电活性物质的自支撑基质广泛应用于各种储能设备中。在碳布支撑的电极中，电活性材料通常只负载在碳布中碳纤维的表面，而无法填满碳纤维束中的缝隙及碳纤维束之间的宏观大孔隙。较低的碳布空间利用率会限制活性物质的负载量，导致电极的电化学性能较低。为解决这一问题，钟文斌教授课题组提出采用一步水热法将具有3D多级多孔导电网络结构的功能化石墨烯水凝胶(FGH)填满CC的小缝隙和宏观大孔隙（FGH/FCC），继而通过原位聚合法将木质素/聚苯胺(Lig/PANI)水凝胶固定在FGH/FCC中，最终获得一种新型的集成织物电极(Lig/PANI/FGH/FCC)。该Lig/PANI/FGH/FCC呈现较低的界面电阻及高的电导率，无需额外的集流体，即可被组装成对称超级电容器。以1 M H2SO4为电解质的超级电容器呈现优异的面积电容（1223 mF cm-2）、能量密度（169.9 μWh cm-2 at 2 mA cm-2）及循环稳定性。此外，所组装的全固态超级电容器仍呈现具有竞争性的能量密度（160.6 μWh cm-2 at 1000 μW cm-2）和优异的柔性。这种将多级多孔导电网络结构锚在宏观大孔框架的设计为在大孔材料基电极中实现高负载量和低界面电阻开辟新的道路。该研究成果以“A new strategy for anchoring functionalized graphene hydrogel in carbon cloth network to support lignosulfonate/polyaniline hydrogel as integrated electrodes for flexible high areal-capacitance supercapacitor”为题发表在《Journal of Materials Chemistry A》(IF=9.931)上。文章的第一作者为博士研究生吴丹，通讯作者为钟文斌教授。