高频响应电化学电容器(EC) 作为一种理想的轻型滤波电容器，可以直接将交流电 (AC) 转换为直流电 (DC)。然而，电流电极被卡在有限的电极面积和弯曲的离子传输中。这里，通过电场辅助等离子体增强化学气相沉积，成功制备了垂直的石墨烯阵列（SVGAs）电极，如此设计的独特结构确保了离子在石墨烯表面实现快速吸附/脱附。即使在500，000次循环后，SVGAs在φ120 = 80.6°时仍表现出优异的比表面积电容（1.72 mF cm-2），远优于大多数碳相关的电极材料。值得注意的是，当使用有机电解质时，输出电压可以提高到2.5 V。还实现了超高的能量密度达0.33μWh/cm2。此外，ECs-SVGAs能够很好地将任意交流波形平滑成DC信号，表现出优异的滤波性能。
Figure 1. 电极材料的合成工艺和形貌表征。a EF-PECVD过程生长SVGA的示意图，和构建基于 SVGA 的 EC 装置示意图。b、c SVGA 的横截面和俯视SEM 图像。d 柔性和可加工性SVGAs 电极的数码照片。
Figure 2. QVGA 和 SVGA的结构和电化学性能比较。a, b QVGA 和 SVGA 的横截面SEM 图像。c、d 相位角和面积比电容 (CA) 与频率的关系图。e, f离子分别在 QVGA 和 SVGA 中扩散的示意图。
Figure 3．不同高度的SVGA基ECs 的电化学特性。a Nyquist 图。b,c EC-SVGA 的 Φ 和 CA 与频率的关系图。d EC-SVGA 的 Φ 和 CA 与报道的值相比较。
Figure 4．EC-SVGA-2的电化学性能。a EC-SVGA-2 在高扫描速率下（1000 V s-1）的CV 曲线。b 在0.5 V电压下放电电流密度与扫描速率的关系。c 在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。d 电压降和库仑效率。e EC-SVGA-2的循环稳定性评估。
Figure 5. EC-SVGA-2 的过滤性能。a平滑交流信号的电路示意图。b, c 单个EC-SVGAs在水性电解质中的过滤性能。d-f串联连接的EC-SVGA 在水性电解质中的过滤性能。g-I 单个EC-SVGA在有机电解液中的过滤性能。
该研究工作由北京大学Jin Zhang课题组于2021年发表在AngewandteChemie International Edition期刊上。原文：Vertical Graphene Arrays with Straightaway Ions Capacitance for AC Line-Filtering Capacitors。
张锦 Jin Zhang
教授， 中国科学院院士
研究方向：物理化学
院长， 北京大学材料科学与工程学院
北京大学化学与分子工程学院
受教育经历
1995.09-1997.12 博士，化学系，分析化学，兰州大学和北京大学
1992.09-1995.07 硕士，现代物理系，应用化学，兰州大学
1988.09-1992.07 学士，现代物理系，放射化学，兰州大学
主要学术经历
2020– 至今 院长，北京大学材料科学与工程学院
2018– 至今 主任，北京市低维碳材料工程中心
2018– 至今 副主任，中国科学院国家纳米科学中心
2016– 至今 副院长，北京石墨烯研究院
2015–2018 副院长，北京大学化学与分子工程学院
2006– 至今 教 授，北京大学化学与分子工程学院
2003–2018 副主任，教育部纳米器件物理与化学重点实验室
2000–2006 副教授，北京大学化学与分子工程学院
1998–2000 博士后，英国利兹大学
荣誉与奖励
2017 1.国家自然科学奖二等奖（第一完成人）
2017 2.中组部万人计划创新领军人才
2017 3.北京大学十佳导师
2015 4.英国皇家化学会会士
2013 5.教育部长江学者特聘教授
2013 6.科技部中青年科技创新领军人才
2011 7.全国优秀博士学位论文指导教师
2008 8.国家自然科学奖二等奖（第二完成人）
2007 9.杰出青年基金获得者
2007 10.教育部自然科学奖一等奖（第二完成人）
2005 11.教育部“新世纪优秀人才资助计划”
2001 12.荣获中国化学会青年化学奖
科研兴趣和研究方向
纳米碳材料的控制生长及其拉曼光谱学研究：
(1)烯碳材料制备方法学；
(2)烯碳纤维；
(3)石墨炔的可控制备与应用探索；
(4)纳米碳材料的拉曼光谱学；
