超级电容器可以存储比电池更多的能量，并且优于电池，因为它们能够更快地充电，主要是由于垂直的石墨烯纳米片(VGN)更大并且更靠近在一起。VGN是碳纳米材料的三维网络，其以垂直片的形式生长，提供大的表面积以获得更大的电荷存储容量。VGN也称为碳纳米壁或石墨烯纳米薄片，在高功率能量存储系统，燃料电池，生物传感器和磁性设备等方面具有前景。
使用VGN作为超级电容器电极的材料具有优势，因为它们具有吸引人的特性，例如互连的多孔纳米结构，优异的导电性，高电化学稳定性以及纳米电极阵列。VGN的优点可以增强，这取决于材料如何生长，处理和准备与电解质一起使用。
“超级电容器的性能不仅取决于电极材料的几何形状，还取决于电解质的类型及其与电极的相互作用，”Homi Bhabha研究所Indira Gandhi原子研究中心的Subrata Ghosh说。“为了提高设备的能量密度，[电]潜在的窗口增强将是一个关键因素。”
本周在AIP出版社的应用物理学杂志上发表的一篇论文中，Ghosh和一组研究人员发现了改善材料超级电容特性的方法。
根据建模，VGN应该能够提供高电荷存储能力，科学界正试图解锁关键，以达到理论上可用的效率水平。需要改进是可行的，例如，每单位材料的电容更大，保持力更大，内阻更小，电化学电压范围更大(工作电位窗口)。
“我们的动机是提高VGN的表现，”Ghosh说。“我们采取了两种策略。一种是发明一种新型电解质，另一种是通过化学活化改善VGN结构。两者的结合显着提高了电荷储存性能。”
研究人员团队用氢氧化钾(KOH)处理VGN以激活电极，然后使处理过的电极与混合电解质相互作用，测试电极/电解质界面处双电层的形成。他们还研究了VGN的形态，表面润湿性，库仑效率和面积电容。
他们创造的新型电解质是一种混合物，它结合了水溶液和有机电解质的优点，用于新型混合有机水溶液型，可以提高VGN的超级电容器性能。在硫酸(H2SO4)的酸性水溶液中使用有机盐四乙基铵四氟硼酸盐(TEABF4)，它们产生了一种电解质，延长了设备的操作窗口。
VGN结构的改进与KOH活化过程有关，其将氧官能团接枝到电极上，改善了电极润湿性，降低了内阻并且使VGN的电容提高了五倍。Ghosh说，本文中的激活方法可以应用于基于纳米结构的其他超级电容器设备。
“水和有机电解质被广泛使用，但它们各有优缺点，”他说。“因此出现了混合电解质的概念。