對于碳材料在鈉離子電容器(SICs)中的應用，最大的局限在于極低的封裝密度，通常小于0.6 g cm?3，嚴重限制了體積容量和實際應用。當前較為主流的幾種提高納米碳填充密度的方法為機械壓縮、毛細管致密化和致密組件直接構建等，然而，這些方法以增加孔隙的扭曲度為代價，并不是完美方案。

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直到現在，在高密度納米碳材料中實現離子快速傳輸仍然是一個巨大的挑戰，這需要很好地平衡填充密度和多孔性，同時還能精確地調整孔結構。

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有鑒于此，清華大學曲良體教授課題組開發了一種致密但高度有序的石墨烯固體(HOGS)，該材料結合了高密度和高多孔性的優點，具有高度有序的層狀結構和較低的孔彎曲度。

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傳統石墨烯固體中呈現無序的微觀結構，內部由石墨烯片隨機折疊。而本文中制備的材料具有高度有序的層狀結構，大大降低了孔彎曲度，縮短了結構內部的離子擴散途徑。

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當GO懸浮液的濃度為3 mg mL–1時，通過偏光顯微鏡可以觀察到孤立的雙折射區；當在懸浮液中加入KOH后，呈現出明顯的液晶結構。石墨烯壁彼此平行，平均寬度為～20μm。HOGS的密度為1.48 g cm–3，高于其它碳材料。在水熱處理過程中，由于氫氧化鉀的刻蝕作用，使石墨烯產生豐富的面內孔。

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CGS和HOGS都具有多孔結構，存在著豐富的微孔(<2 nm)和介孔(2–50 nm)，但是沒有大孔(>50 nm)；CGS和HOGS 的比表面積分別為268和529 m2 g–1。CGS和HOGS的ID/IG分別為1.065和1.007。

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HOGS的CV曲線有兩個較寬的氧化還原峰，說明了雙電層電容和法拉第贗電容的雙重行為。即便在10 A g–1，HOGS的GCD曲線依舊維持很好的對稱性，且IR drop非常小。在0.05 A g–1，HOGS的重量電容為205 F g–1，體積容量為303 F cm–3。即便在10 A g–1，HOGS的重量電容為124 F g–1，體積容量為185 F cm–3。

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在0.1 A g–1下，HOGS的初始容量為209 mAh cm–3 (或141 mAh g–1)，500次循環后，容量依舊保持在178 mA h cm–3 (or 120 mA h g–1)。當功率密度為148 W L–1時，能量密度為416 W h L–1，即便是功率密度達到36200 W L–1，能量密度仍可保持在253 W h L–1。

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該工作以“Highly Ordered Graphene Solid: An Efficient Platform for Capacitive Sodium-Ion Storage with Ultrahigh Volumetric Capacity and Superior Rate Capability” 為標題于2019年7月24日發表在國際頂刊ACS Nano上。

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Highly Ordered Graphene Solid: An Efficient Platform for Capacitive Sodium-Ion Storage with Ultrahigh Volumetric Capacity and Superior Rate Capability. (ACS Nano, 2019，DOI: 10.1021/acsnano.9b03492)

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.9b03492