滤波超级电容器(FSCs)凭借其卓越的功率特性和快速充放电能力,已成为替代传统铝电解电容器的理想候选方案,为电子设备的微型化和集成化提供了关键解决方案。然而,电极材料充放电速率与电荷存储容量之间的固有权衡制约了其进一步发展。本文,山东大学张光磊 教授 团队在《Appl Surf Sci》期刊发表名为“High-performance filter supercapacitors utilizing graphene aerogel composite thin-film electrodes”的论文,研究提出创新性复合电极设计策略,通过温和热化学还原法成功构建出具有高电子导电性的三维氧化石墨烯气凝胶薄膜骨架。其表面保留的含氧官能团显著提升离子电荷传输速率,最终实现电子导电性与离子导电性的协同优化。
高功率电子器件热管理需求的日益增长,要求热界面材料(TIM)兼具高导热性与高效温度调节能力。相变材料(PCM)虽具有显著的潜热存储能力,但其本征低导热性制约了实际应用。
能够响应外部刺激的纤维基纺织品对柔性智能传感器和热管理至关重要,但这类材料往往缺乏同时感知电-热-力学信号所需的多功能性。本文,兰州大学张强强 教授、中国科学院兰州化学物理研究所 樊恒中等研究人员在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“Biomimetic Hollow Graphene Aerogel Fibers for Thermal Management and Flexible Smart Textiles”的论文,研究通过可扩展的同轴挤出纺丝工艺结合核心组分牺牲法,可控制地制备了仿北极熊毛的空心石墨烯气凝胶纤维(GAFs)。在外通道剪切应力的促进下,氧化石墨烯(GO)纳米片自组装形成分级多孔拱形微结构。通过精确调控还原GO的界面状态及官能团,赋予GAF及其制备的智能纺织品可调的力学、电学和热学性能。
无线技术与微型电子设备的进步,催生了对定制化高性能电磁干扰(EMI)屏蔽材料的需求,这些材料需在恶劣条件下保持稳定性。尽管MXene具有卓越的电学性能和EMI屏蔽特性,但实现MXene气凝胶的强韧稳定性仍具挑战。本文,香港城市大学吕坚教授课题组《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“Annealing-Enabled 3D Printing of MXene/Carbon Aerogels with Stability in Harsh Conditions”的论文,研究开发了一种退火增强型3D打印工艺,制备出分级结构的MXene/碳气凝胶。
本文,西安建筑科技大学谢会东 教授团队在《Materials Research Bulletin》期刊发表名为“Binder-free NiCoCu/graphene aerogel electrodes for supercapacitors”的论文,研究通过采用三维氧化石墨烯水凝胶网络作为模板,原位吸附金属离子,整合了碳材料与赝电容材料的优势。利用模板辅助水热工艺,构建了自支撑的三元镍-钴-铜碱式碳酸盐/石墨烯气凝胶(NiCoCu/GA)复合材料。
在全球能源结构转型和新能源大规模接入的背景下,高效电化学储能系统的崛起已成为当今研究热点。为解决现有电极材料导电性差、结构稳定性弱的问题,石墨烯气凝胶凭借其优异的导电性、超大的比表面积和稳定的结构,成为突破现有技术瓶颈的最佳材料。本文,兰州理工大学冯辉霞教授等在《ChemistrySelect》期刊发表名为“Research Progress on the Application of Graphene Aerogel in the Field of Electrochemical Energy Storage”的综述,系统综述了石墨烯气凝胶研究领域的进展,概述了包括原位组装、化学交联、模板法、3D打印技术及生物质可持续合成法在内的制备方法,这些制备策略均会影响材料微观结构。在此基础上,本研究深入探讨了石墨烯气凝胶在超级电容器、锌空气电池及锂离子电池中的作用机制与应用前景,重点分析通过构建碳材料、共价有机框架与金属化合物复合结构实现性能优化的路径。最后总结技术挑战并展望未来趋势,为新型高效储能器件的设计提供指导。
对轻质电磁波(EMW)吸收单体的需求日益增长,尤其是那些能够同时吸收低频和宽带电磁波的材料,这带来了重大挑战。尽管介电纳米结构气凝胶展现出巨大潜力并取得进展,但在开发基于气凝胶的电磁波吸收体以实现有效低频和宽带吸收方面仍存在差距。本文,山东大学刘久荣 教授、吴娜 研究员、曾志辉 教授、东北大学王莅辰 副教授等在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“Ultrabroadband Low-Frequency Microwave Absorption in Multiscale Aerogel-Metamaterial Hybrids”的论文,研提出一种多尺度工程策略,用于制造气凝胶-超材料混合体,从而解决宽带宽、低频吸收和高承载能力等关键难题。该吸收体由模拟辅助增材制造的薄壁外壳构成,其内部嵌入石墨烯/纳米纤维素气凝胶,形成高效导电网络并具备丰富异质界面。
钾离子电池(PIB)有望成为绿色电网大规模储能的经济高效候选方案。对于PIB负极,碳材料因其导电性和丰富性而极具潜力。然而,碳负极不足的循环寿命和倍率性能仍是制约PIB发展的瓶颈,其根源在于石墨层间距较窄与钾原子半径较大的不匹配。本文,南京大学王学斌 教授团队在《ADVANCED MATERIALS》期刊发表名为“Biomass-Derived Carbon with Heavy Doping for Anode of Potassium Ion Batteries”的论文,研究通过在生物质衍生的碳材料中掺入大量杂原子(18.2 at%),成功解决了这一问题。由此合成的碳材料不仅改善了层间距,还获得了活性位点和介孔结构。这些特性共同赋予其卓越的循环寿命(18000次循环)和倍率性能(20 A g?¹时达260 mAh g?¹),使其成为面向电网储能的PIBs理想候选材料。
介孔碳材料是先进锂离子电池的有前景的阳极,但其性能仍受限于结构稳定性差和电化学界面不稳定。为克服这些问题,本文,上海第二工业大学汪玲玲 教授、 上海大学张海娇 研究员等在《Small》期刊发表名为“Multi-Dimensional Engineering Enables Interfacial and Mechanical Stability of Mesoporous Carbon Anode for Lithium-Ion Batteries”的论文,研究设计了一种多维集成架构:以介孔碳(MC)球体为核心,外层包裹二维Ti?C?T_x MXene纳米片,并在MXene表面原位生长一维碳纳米管(MC@MXene-CNTs)。