High‐Power Graphene–Carbon Nanotube Hybrid Supercapacitors
Source abstract
Abstract
Abstract The bulky structure of current power sources is hindering the widespread development of next‐generation electronics. Here, we propose a graphene/single wall carbon nanotube (SWCNT) hybrid structure for the realization of high‐performance supercapacitors. The devices are assembled by using 2 cm2 area hybrid graphene/SWCNT electrodes, designed by combining a scalable solution‐processing method (e.g., liquid phase exfoliation of pristine graphite and de‐bundling of SWCNTs) with dynamic spray‐gun deposition, and an aqueous electrolyte (3 m LiNO3). This architecture allows us to effectively balance the supercapacitors performance achieving remarkable electrode gravimetric capacitance and specific energy at 2 mV s−1 of 104 F g−1, 20.8 Wh kg−1, respectively, and a maximum specific power of 92.3 kW kg−1. Our results, based on industrially scalable materials production and deposition methods, represent a real breakthrough compared to state‐of‐the‐art lab‐scale devices.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Supercapacitor Materials and Fabrication · Advancements in Battery Materials · Graphene research and applications
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Graphene Labs Istituto Italiano di Tecnologia via Morego, 30 16163 Genova Italy
Chemistry and Multifunctional Materials Lab, Technology and measurements Department Thales Research and Technology 91767 Palaiseau France
Materials Characterization Facility Istituto Italiano di Tecnologia via Morego, 30 16163 Genova Italy
References (100+)
Show source-provided references
1. 10.1126/science.118238310.1126/science.1182383 ↗
2. 10.1038/528026a10.1038/528026a ↗
3. 10.3390/s14071195710.3390/s140711957 ↗
4. 10.1088/0964-1726/17/4/04300110.1088/0964-1726/17/4/043001 ↗
5. 10.3390/s12101390710.3390/s121013907 ↗
6. 10.1016/j.rser.2013.08.09710.1016/j.rser.2013.08.097 ↗
7. 10.1080/01441647.2010.51829110.1080/01441647.2010.518291 ↗
8. 10.1016/j.rser.2014.08.00310.1016/j.rser.2014.08.003 ↗
9. 10.1016/j.rser.2012.12.04810.1016/j.rser.2012.12.048 ↗
10. 10.1080/01441647.2016.121728210.1080/01441647.2016.1217282 ↗
11. 10.1038/nature0785310.1038/nature07853 ↗
12. 10.1038/nnano.2011.3810.1038/nnano.2011.38 ↗
13. 10.1016/j.rser.2010.11.01010.1016/j.rser.2010.11.010 ↗
14. 10.1016/j.enpol.2014.01.04310.1016/j.enpol.2014.01.043 ↗
15. 10.1038/nclimate256410.1038/nclimate2564 ↗
16. 10.1149/2.0251701jes10.1149/2.0251701jes ↗
17. http://www.greencarreports.com/news/1103667_electric-car-battery-costs-tesla-190-per-kwh-for-pack-gm-145-for-cells(last access 19/03/2017).
18. http://energy.gov/eere/eveverywhere/about-ev-everywhere(last access 19/03/2017).
19. 10.3390/ma601015610.3390/ma6010156 ↗
20. Blomgren G. E. · J. Power Sources · 2003 · 326 · 119
21. 10.3390/inorganics201013210.3390/inorganics2010132 ↗
22. 10.1149/2.0091701jes10.1149/2.0091701jes ↗
23. 10.1149/2.F03122if10.1149/2.F03122if ↗
24. 10.1016/j.jpowsour.2004.08.05610.1016/j.jpowsour.2004.08.056 ↗
25. 10.1126/science.115183110.1126/science.1151831 ↗
26. 10.1038/3510464410.1038/35104644 ↗
27. 10.1039/C4NR01600A10.1039/C4NR01600A ↗
28. H. Sundmaeker P. Guillemin P. Friess S. Woelffle European Commission Information Society and Media Tech. Rep.2010.
29. 10.1039/c0ee00640h10.1039/c0ee00640h ↗
30. 10.1109/JPROC.2008.92749410.1109/JPROC.2008.927494 ↗
31. 10.1109/MPRV.2005.910.1109/MPRV.2005.9 ↗
32. Nazri G.-A. · 2009
33. Besenhard J. O. · 1999
34. 2015
35. 10.1038/nmat319110.1038/nmat3191 ↗
36. 10.1016/S0378-7753(00)00485-710.1016/S0378-7753(00)00485-7 ↗
37. 10.1016/j.jmat.2016.01.00110.1016/j.jmat.2016.01.001 ↗
38. 10.20964/2016.12.5010.20964/2016.12.50 ↗
39. 10.1016/j.rser.2015.12.24910.1016/j.rser.2015.12.249 ↗
40. 10.1039/C1CS15060J10.1039/C1CS15060J ↗
41. 10.1016/j.ijhydene.2009.04.00510.1016/j.ijhydene.2009.04.005 ↗
42. 10.1038/nmat229710.1038/nmat2297 ↗
43. 10.1126/science.115873610.1126/science.1158736 ↗
44. Xiong G. · 2005 · 11
45. P. Harrop H. Zervos Batteries Supercapacitors Alternative Storage for Portable Devices 2009–2019 IDTechEX 2009.
46. 10.1038/nmat136810.1038/nmat1368 ↗
47. 10.1002/adma.20080062710.1002/adma.200800627 ↗
48. 10.1039/C4CS00266K10.1039/C4CS00266K ↗
49. 10.1109/TPEL.2012.218902210.1109/TPEL.2012.2189022 ↗
50. 10.1016/j.jpowsour.2014.05.06110.1016/j.jpowsour.2014.05.061 ↗
51. 10.1002/aenm.20110048810.1002/aenm.201100488 ↗
52. F. B.Bays U.S. Patent No. 5 796 188 1998.
53. 10.1039/C3EE43986K10.1039/C3EE43986K ↗
54. 10.1039/C4TB00739E10.1039/C4TB00739E ↗
55. 10.1126/science.121300310.1126/science.1213003 ↗
56. 10.1039/C5EE03109E10.1039/C5EE03109E ↗
57. 10.1039/b813846j10.1039/b813846j ↗
58. 10.1016/j.jpowsour.2010.06.03610.1016/j.jpowsour.2010.06.036 ↗
59. 10.1016/j.jpowsour.2006.02.06510.1016/j.jpowsour.2006.02.065 ↗
60. 10.1149/2.F05081IF10.1149/2.F05081IF ↗
61. 10.1021/acsnano.5b0482110.1021/acsnano.5b04821 ↗
62. 10.1016/j.nanoen.2012.05.00210.1016/j.nanoen.2012.05.002 ↗
63. 10.1016/S0378-7753(98)00038-X10.1016/S0378-7753(98)00038-X ↗
64. 10.1149/1.138258910.1149/1.1382589 ↗
65. 10.1016/j.carbon.2006.05.02210.1016/j.carbon.2006.05.022 ↗
66. 10.1002/aenm.20130081610.1002/aenm.201300816 ↗
67. 10.1016/j.electacta.2003.08.02610.1016/j.electacta.2003.08.026 ↗
68. 10.1016/j.carbon.2005.01.00110.1016/j.carbon.2005.01.001 ↗
69. 10.1149/1.139355710.1149/1.1393557 ↗
70. 10.1002/adma.20050190510.1002/adma.200501905 ↗
71. Smalley R. E. · 2003
72. 10.1002/adma.20080199510.1002/adma.200801995 ↗
73. 10.1126/science.106092810.1126/science.1060928 ↗
74. 10.1126/science.282.5386.9510.1126/science.282.5386.95 ↗
75. Dresselhaus S. · 1996
76. 10.1021/ar010164010.1021/ar0101640 ↗
77. 10.1021/nl800925j10.1021/nl800925j ↗
78. 10.1063/1.11856810.1063/1.118568 ↗
79. 10.1038/nmat178210.1038/nmat1782 ↗
80. Frackowiak E. · J. Power Sources · 2001 · 822 · 97
81. 10.1002/adma.20070149810.1002/adma.200701498 ↗
82. 10.1021/ar200306b10.1021/ar200306b ↗
83. 10.1126/science.122245310.1126/science.1222453 ↗
84. 10.1002/1521-4095(200104)13:7<497::AID-ADMA497>3.0.CO;2-H10.1002/1521-4095(200104)13:7<497::AID-ADMA497>3.0.CO;2-H ↗
85. 10.1016/S0008-6223(00)00155-X10.1016/S0008-6223(00)00155-X ↗
86. 10.1002/adma.20090434910.1002/adma.200904349 ↗
87. 10.1103/PhysRevB.62.1310410.1103/PhysRevB.62.13104 ↗
88. 10.1103/PhysRevB.58.1387010.1103/PhysRevB.58.13870 ↗
89. 10.1021/jp103017410.1021/jp1030174 ↗
90. 10.1021/jp807036w10.1021/jp807036w ↗
91. 10.1149/1.304990710.1149/1.3049907 ↗
92. 10.1039/c1ee01479j10.1039/c1ee01479j ↗
93. 10.1039/C4RA16560H10.1039/C4RA16560H ↗
94. 10.1126/science.110289610.1126/science.1102896 ↗
95. 10.1073/pnas.050284810210.1073/pnas.0502848102 ↗
96. 10.1021/nl802558y10.1021/nl802558y ↗
97. 10.1016/j.jpowsour.2011.02.02210.1016/j.jpowsour.2011.02.022 ↗
98. 10.1038/nmat417010.1038/nmat4170 ↗
99. 10.1126/science.124650110.1126/science.1246501 ↗
100. 10.1002/tcr.20090000810.1002/tcr.200900008 ↗