Обзор суперконденсаторов на основе вертикальных графеновых массивов, полученных методом плазменно-усиленного химического осаждения из газовой фазы

Вертикальный графен (VG), или массивы вертикального графена, в последние годы привлекает внимание исследователей как электродный материал для суперконденсаторов благодаря своим уникальным свойствам. Несмотря на значительный прогресс в выращивании VG и его применении в суперконденсаторах, многие последние разработки еще не были рассмотрены в обзорах. При изменении направления роста графена с горизонтального на вертикальное можно управлять его электронной зонной структурой и шириной запрещенной зоны, что подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями. В VG ионы электролита могут беспрепятственно перемещаться через области одномерных структур и получать доступ к поверхности электроактивного материала, тогда как электроны эффективно перемещаются в высокопроводящем VG к токосъемнику. Кроме того, большая площадь поверхности может ускорять другие кинетические реакции, а одномерная структура снижает напряжения, возникающие при объемном расширении и сжатии. Эти преимущества делают электроды на основе VG перспективными для различных будущих устройств хранения энергии, включая литий-ионные аккумуляторы и суперконденсаторы. В настоящем обзоре рассматривается значение структуры, приводится обзор различных методов синтеза с использованием плазменно-усиленного химического осаждения из газовой фазы (PECVD), а также обсуждается прогресс в создании чистых и гибридных структур VG. Далее рассматриваются важные стратегии повышения характеристик накопления энергии посредством изменения морфологии VG, инженерии поверхности и функционализации, а также легирования. Кроме того, изложены проблемы и перспективы достижения высокого структурного качества в сочетании с выдающимися емкостными характеристиками. В обзоре обобщаются значение вертикальной графеновой структуры, рост методом PECVD и механизмы роста VG, а также последние достижения и применения эффективных электродных материалов для суперконденсаторов.