三维石墨烯聚苯胺超级电容器电化学性能的研究
超级电容器石墨烯基复合材料的制备及电化学性能研究
超级电容器石墨烯基复合材料的制备及电化学性能研究1. 本文概述随着能源危机的加剧和可再生能源的快速发展，开发高性能储能设备已成为当前科学研究的热点之一。
超级电容器，以其高功率密度、长循环寿命和快速充放电能力等优点，被视为一种极具潜力的储能设备。
石墨烯，作为一种具有优异电导性、机械强度和表面积的二维材料，近年来在超级电容器电极材料的研究中显示出巨大的应用前景。
本文旨在探讨石墨烯基复合材料的制备方法，并研究其作为超级电容器电极材料的电化学性能。
本文将介绍石墨烯的基本概念及其在超级电容器中的应用背景。
随后，详细阐述石墨烯基复合材料的制备工艺，包括石墨烯的合成、功能化以及与其他材料的复合策略。
本文还将展示一系列电化学性能测试结果，以评估所制备复合材料的电容性能、循环稳定性和能量密度等关键参数。
通过对石墨烯基复合材料的深入研究，本文期望为超级电容器的性能优化提供理论依据和实践指导，进而推动高性能储能设备的发展，为解决能源问题和促进可持续发展贡献力量。
2. 石墨烯基复合材料的制备方法石墨烯基复合材料的制备是实现其在超级电容器中应用的关键步骤。
制备方法的选择直接影响材料的结构、形貌以及最终的电化学性能。
以下是几种常用的石墨烯基复合材料的制备方法：溶液混合法是一种通过将石墨烯与其它材料的溶液混合，再经过溶剂蒸发、干燥和热处理等步骤得到复合材料的方法。
此方法可以在分子层面上实现石墨烯与其它材料的均匀混合，有利于提高复合材料的导电性和机械强度。
原位生长法是在特定基底上直接生长石墨烯，并在其上沉积其他材料，形成复合结构。
这种方法可以获得具有良好附着性和均匀分布的复合材料，有助于提升电极材料的电导率和比表面积。
层层自组装法是通过交替沉积不同材料的溶液来构建多层结构的复合材料。
这种方法可以通过控制每层的厚度和数量来调控复合材料的性能，适用于制备具有特定结构和功能的超级电容器电极材料。
熔融混合法是在高温下将石墨烯与其他材料熔融混合，然后快速冷却得到复合材料。
石墨烯复合材料在超级电容器中的研究和应用
4）固态聚合物 电解质
电化学测试内容
举例说明： (a)CV图，电压窗口 (b)充放电，计算电 容量 (c)交流阻抗 (d)循环 ACS Nano, 2013(7),
6237-6243
计算公式
——计算电容量
——计算能量密度
——计算功率密度
——计算不对称超 级电容器中正负电 极材料质量比
（2）石墨烯材料简介
金属氧化物常见的几种形貌
零维颗粒
一维线状
二维片状
三维结构
三、MOx/ GNS 超级电容器
• • • • • • 简单介绍几类常见的MOx/ G 超级电容器 (1) RuO2/G 类 Ru贵金属 电容高 (2) MnO2/G 类 MnO2电压窗口0-1V大 (3) Co3O4/G 类 廉价，电容较大 (4) NiO/G 类 (5) NiCo2O4/G 类
电池-超级电容器混合型动力
材料分类
(1)活性炭、碳纤维、碳纳 米管、碳气凝胶、石墨烯等 材料。 (2)金属氧化物材料 RuO2, MnO2, Co3O4, NiO, MoO3, NiCo2O4 (3)导电聚合物材料 聚苯胺 (PANI)，聚噻吩(PTH)、 聚吡咯(PPY)、及其相对应 的衍生物和聚并苯(PAS)、 聚对苯(PPP)等
Electrochimica Acta
624 (2015) 31–39
638 (2015) 204–213
174 (2015) 41–50
178 (2015) 398–406
（1）通过静电纺丝法制备了一系列的LaxSr1-xCoO3-δ（LSC-x）纳米纤维样品。 （2）由于LSC-x系列纳米纤维存在内阻高，工作电压低等劣势，为了改善氧 化物的电化学性能，改换了B位离子并用静电纺丝法合成了一系列LaxSr1xNiO3-δ（LSN-x）纳米纤维样品。 （3）由于A位掺杂的镧系氧化物在大电流条件下的性能不佳，因此对A、B 双位进行掺杂的氧化物进行了重点研究。 （4）双位掺杂的LaxSr1-xCu0.1Mn0.9O3-δ纳米纤维材料虽然拥有较好的性能， 但其能量密度不高的劣势依然会限制其使用范围，因此改用Co离子替代Cu 离子。
石墨烯超级电容
石墨烯超级电容
石墨烯超级电容近年来备受关注，由于其卓越的特性，可以用于应用领域中最
极端的环境。
首先，石墨烯聚苯胺（PPI）超级电容拥有出色的电化学性能。
这种
电容器的容量比传统的电容器大出十倍以上，比如一立方毫米的石墨烯超级电容可以容纳20微库诺伏的能量，而传统的聚苯胺（PPI）电容器只能容纳2-4微库诺伏。
此外，石墨烯聚苯胺（PPI）超级电容拥有极佳的耐热性能，它们可以在高温环境
下工作，而传统的锂离子电池只能在低温环境下工作。
此外，它们可以支撑非常快速的充放电，充放电时间短达数微秒。
石墨烯超级电容还具有一定的环保特性，相关的技术模式与功率应用，不会造
成环境的污染。
石墨烯聚苯胺（PPI）超级电容器目前正在开发和实施包括电动车、混合动力车、无人驾驶汽车和轨道车辆在内的电动交通系统，以及比特币挖矿系统、计算机电源和便携式灯具等应用。
总而言之，石墨烯超级电容具有诸多独特的优势。
它们具有传统电容器无法比
拟的更高的容量、更优越的耐热性能，以及可以支撑非常快速的充放电，且可以应用于多个领域，具有环保特性，是显著推动新能源发展的一大催化剂。
石墨烯超级电容器调研报告
石墨烯调研报告（超级电容器）随着时代的进步和科技的发展，人们越来越重视新型、环保、高效的可再生能源材料及器件的研究与应用。
电能作为优势能源之一，越来越多地被应用于生活生产的各个方面，它可以通过风能、潮汐能、太阳能、地热能等清洁能源获得。
储电器件一般包括燃料电池、二次电池、超级电容器等。
超级电容器与其他储电器件相比，具有快速充放电、能量密度高、使用寿命长、稳定性高、安全系数高、环保等优点，由于其在移动通信、汽车、航空航天等领域的出色表现，而逐渐成为人们发展研究的重点。
石墨烯是由碳原子六角结构（蜂窝状）紧密排列而构成的二维单层石墨。
它被认为是三维石墨、一维碳纳米管、零维富勒烯等其他维度石墨材料的基础。
作为新兴的碳材料，石墨烯具有导电性良好、性质稳定、比表面积大、比强度大等优异的物理化学性质，而这些优点恰好符合超级电容器电极材料的要求；此外，石墨烯有望廉价批量生产，可以进行丰富的化学修饰，通过其自身结构转变或者与其他材料复合，无论是在双电层电容器方面还是赝电容器方面，都能发挥其优点特性，制备出性能优异的电极。
超级电容器又叫做电化学电容器，根据工作原理的不同，可将其分为双电层电容器和赝电容器两大类。
双电层容器的工作原理是：通过在电极两端施加电压，使具有相反电荷的离子聚集到电极表面，从而在电极/电解液界面形成双电层，通过离子的聚集与解聚来完成电的快速充放，其结构（紧贴电极表面的称作内Helmholtz平面（IHP），由带相反电荷的离子特异吸附构成；其外部是外Helmholtz 平面（OHP），由非特异吸附的离子构成,最外面为扩散层）。
赝电容器使电极表面发生快速的化学反应，从而改善电容器对能量的存储性能，这一概念由ConyBE教授等提出。
赝电容器存储电量的方式与电池类似，所以被称为“赝电容”，赝电容主要包括吸附电容和氧化还原电容，氧化还原电容器被作为赝电容器的主要研究方向。
常用的双电层电容器的电极材料有活性碳纤维、玻态碳、多孔活性炭、石墨烯、洋葱碳、碳纳米管等。
石墨烯聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能
石墨烯聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能一、本文概述本文旨在探讨石墨烯聚苯胺复合材料的制备工艺及其电化学性能。
石墨烯，作为一种二维的碳纳米材料，因其出色的电导性、高比表面积和良好的化学稳定性，在电化学领域具有广泛的应用前景。
聚苯胺，作为一种导电聚合物，具有良好的电化学活性和环境稳定性。
将石墨烯与聚苯胺复合，可以充分发挥两者的优势，提高复合材料的电化学性能。
本文将首先介绍石墨烯和聚苯胺的基本性质，然后详细阐述石墨烯聚苯胺复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位聚合法等。
随后，通过对制备的复合材料进行结构表征和电化学性能测试，分析其电化学性能的影响因素及优化条件。
本文还将讨论石墨烯聚苯胺复合材料在超级电容器、锂离子电池等电化学器件中的应用潜力，并展望其未来的发展前景。
通过本文的研究，旨在为石墨烯聚苯胺复合材料的制备和应用提供理论支持和实践指导，推动其在电化学领域的广泛应用。
二、石墨烯聚苯胺复合材料的制备方法石墨烯聚苯胺复合材料的制备是一个融合了化学合成和纳米材料制备技术的复杂过程。
这种方法的关键步骤包括石墨烯的制备、聚苯胺的合成以及两者的复合。
我们需要制备高质量的石墨烯。
这通常通过化学气相沉积（CVD）法、氧化还原法或剥离法实现。
其中，氧化还原法是最常用的一种方法，它通过将天然石墨与强氧化剂反应，生成氧化石墨，再经过热还原或化学还原得到石墨烯。
接下来，我们合成聚苯胺。
聚苯胺的合成通常通过化学氧化聚合法进行，如使用过硫酸铵作为氧化剂，在酸性条件下将苯胺单体氧化聚合，生成聚苯胺。
制备石墨烯聚苯胺复合材料的核心步骤是将石墨烯和聚苯胺进行有效复合。
这可以通过溶液混合法、原位聚合法或熔融共混法实现。
其中，溶液混合法是最常用的一种方法。
将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后加入聚苯胺溶液，通过搅拌或超声处理使两者充分混合。
随后，通过蒸发溶剂或热处理使复合材料固化。
为了进一步提高复合材料的性能，我们还可以在制备过程中引入其他添加剂或进行后处理。
石墨烯超级电容器的制备与性能研究
石墨烯超级电容器的制备与性能研究材料科学领域一直在寻找新型高性能储能器件，而石墨烯超级电容器就成为了一个备受瞩目的研究方向。
石墨烯作为具有优异电导性和表面积的二维材料，被认为是一种理想的电极材料。
它具有高的比电容和循环稳定性，被认为是未来储能领域的潜在候选者。
本文将介绍目前石墨烯超级电容器的制备方法和性能研究。
首先，石墨烯的制备方法有很多种，目前常用的方法有机械剥离法、化学气相沉积法和化学氧化还原法。
其中，机械剥离法即通过机械剥离石墨烯层的方式，可以得到大面积的石墨烯。
而化学气相沉积法则是通过在金属衬底上生长石墨烯薄膜。
化学氧化还原法是通过引入氧化剂对石墨进行氧化，并将氧化的石墨还原为石墨烯。
这些方法各有优劣，研究人员会根据具体要求选择适合的制备方法。
其次，石墨烯超级电容器的性能研究是一个非常重要的课题。
在电化学性能方面，石墨烯超级电容器具有高的比电容和较低的电压窗口。
比电容是衡量电容器储能能力的指标，比电容越高，说明电容器的储能能力越强。
石墨烯具有大的比表面积，这使得石墨烯电极上的电荷存储更加充分。
同时，石墨烯超级电容器的循环稳定性也相对较好，可以经受大量的充放电循环而不损坏。
此外，石墨烯超级电容器的制备与性能研究还需要关注其他方面的问题。
例如，石墨烯电极材料的加工工艺和耐久性是制备石墨烯超级电容器的关键。
当前的挑战之一是如何实现大规模、高性能的石墨烯电极的制备和集成。
另外，也需要考虑石墨烯电极与其他组分的接触性能，以及与电解质之间的相容性等问题。
最后，石墨烯超级电容器的应用前景十分广阔。
除了储能领域，石墨烯超级电容器还可以应用于电动汽车、可穿戴设备等领域。
与锂电池相比，石墨烯超级电容器具有更快的充放电速度，更长的使用寿命，以及更高的安全性。
因此，石墨烯超级电容器在未来能源存储和移动设备方面具有巨大的潜力。
综上所述，石墨烯超级电容器的制备与性能研究是一个值得深入研究的课题。
石墨烯作为具有优异电导性和表面积的二维材料，被广泛应用于电化学储能领域。
石墨烯／氧化锰／聚苯胺微纳米复合材料的制备及其超级电容器性质的研究
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｏ ｎ ｔ ｈｅ Ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｉｏ ｔ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ａｐ ｃ ａ ｄｔ ｏ ｒ Ｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ
Ｇｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ／ Ｍｎ ＯＪ Ｐｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ 。 ＿ ＿ － Ｎａ ｎ ｏ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ／ ｍａ ｎｇ ａ ｎ ｅ ｓ ｅ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ・ ／ ｐ ｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — — ｎ ａ ｎ ｏ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ
要 ：本文主要对石墨烯／ 氧化锰／ 聚苯胺微纳米复合物作 为超级 电容 器电极材料 的制备及其 电容性质进行 了研 究。红 外
光谱 、ｘ一 射线光电子能谱 和扫描 电镜等测试结果表 明 已成 功合成 了三元微纳米复合物。通过循环伏安测试和恒电流充放 电
测试表明石墨烯与氧化锰 以 １： ５ 的质量 比进行复合得 到的产物电化 学储 能性质最好 。三元复合 时，随着苯胺的增加 ，三元 复合物的充放 电时间逐渐增 长，苯胺与石 墨烯／ 氧化锰 复合材料的质量比为２： １ 时 ，复合物的 比电容为 ３ １ １ Ｆ ／ ｇ ，比石墨烯／ 氧化锰的比电容 （ １ ７ １ Ｆ ／ ｇ ）高出近一倍 ，由此 可知 ，聚苯胺的加入显著提 高了二元复合 物的比电容。 关键词 ：超级电容器；石墨烯 ；复合 材料 中图分类号 ： ０６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ２ ～ ９ ８ ７ Ｏ （ ２ Ｏ １ ３ ） Ｏ ６ 一Ｏ ０ ９ Ｏ 一 ０ ３
三维结构石墨烯基超级电容器电极材料的制备及性能研究
Classified Index: TB331U.D.C.: 621.Dissertation for the Master Degree in EngineeringSTUDY ON THE SYNTHESIS AND PROPERTIES OF SUPERCAPACITORS BASED ON 3DSTRUCTURED GRAPHENE ELECTRODESCandidate：Wang XuSupervisor：Prof. Fei WeidongAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpecialty：Materials Physics and Chemistry Affiliation：School of Materials Science andEngineeringDate of Defence：June, 2015Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要石墨烯基超级电容器具有大功率密度、高工作效率、长久使用寿命以及轻污染等优势，是取代传统储能系统的理想之选。
但石墨烯本身的性质以及其双电层储能理论极限制约了石墨烯基超级电容器在实际应用中的推广。
本文将针对以上问题，通过引入混合式三维结构、石墨烯表面改性以及与法拉第电容电极材料复合等途径，研究可有效提高石墨烯基超级电容器电化学储能性能的方法。
采用“一步法”通过对Pt/Si基底进行热处理使其表面形成三维多孔结构（Pt nanocup），并采用PECVD法在Pt nanocup表面原位垂直生长石墨烯（VFG），成功制备了三维混合纳米结构石墨烯电极材料（VFG-nanocup）。
该材料通过提高单位面积内石墨烯片的数量，使其比表面积相对于平面基底材料增大了两倍。
同时，石墨烯片的垂直结构可以优化电荷的传输路径，增加电荷传导和储存的有效面积，为电极材料实现高电化学储能性能提供了保证。
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三维石墨烯/聚苯胺超级电容器电化学性能的研究伴随着气候变化和化石燃料的不断减少,能量储存装置的发展已经变得比以往都更加重要。
超级电容器作为新型储能装置,因具有使用寿命长、功率密度高和绿色环保等优点而备受研究者关注。
三维石墨烯具有高导电性、高比表面积和丰富的孔洞结构,用作超级电容器电极材料可以实现良好的倍率性能和循环稳定性,但比电容和能量密度较低。
聚苯胺因其具有快速掺杂/脱掺杂、合成简单和成本低等特点而得到广泛应用。
本文制作三维石墨烯/聚苯胺复合材料超级电容器,从电极材料、电解质种类和器件结构三方面入手研究,来提高电容器的比电容和电压窗口,增加能量密度的同时保留其良好的倍率性能和循环稳定性。
主要研究内容如下:1.使用原位聚合法在三维石墨烯(GH)表面生长盐酸掺杂聚苯胺(PANI-HCl),得到三维石墨烯/盐酸掺杂聚苯胺复合物(GP-HCl),通过调节苯胺和过硫酸铵的浓度控制复合物中PANI-HCl的质量分数,探讨PANI-HCl含量对GP-HCl的电化学性能的影响。
当PANI-HCl含量为10%时,GP-HCl的电化学性能最优。
2.使用GH作为基底,采用HCl、H2SO4和HC1O4作为掺杂酸分别制备GP-HCl、GP-H2SO4和GP-HC1O4。
从表面结构、孔径分布、结晶度等方面,探讨三种掺杂酸对PANI电化学性能的影响。
其中,GP-H2SO4的比电容和最大能量密度都是最大的。
3.采用Na2S04电解液组成对称超级电容器(GH//GH),电压窗口可扩大至1.6V。
与H2SO4电解液相比,Na2S04电解液组成的GH//GH超级电容器电压窗口为1.6 V时,比电容虽然略有降低,但最大能量密度得到提升。
4.采用CuCl2和FeCl3活性电解质与电极GH和GP-HCl组成四种超级电容器(GH@CuC12、GP-HCl@CuC12、GH@FeCl3 和 GP-HCl@FeCl3),研究活性电解质对超
级电容器电化学性能的影响。
与纯H2SO4电解液相比,活性电解质的比电容都有所提高。
CuCl2电解质的超级电容器电压窗口为0.7V,比FeCl3电解质的小。
FeCl3电解质对超级电容器电化学性能的影响更大。
5.利用GP-Vc和GH分别作为正、负电极组成非对称超级电容器GP//GH,与GH和GP组成两种对称超级电容器GH//GH和GP//GP比较。
非对称超级电容器在保证电化学性能的前提下,可以达到1.6 V的电压。
非对称超级电容器的最大能量密度高于对称超级电容器的能量密度。