超级电容器用石墨烯基电极材料的制备及性能研究

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氧化石墨烯的制备及电性能研究

氧化石墨烯的制备及电性能研究

氧化石墨烯的制备及电性能研究1. 概述氧化石墨烯是一种有机功能材料,具有优良的电性能和化学稳定性,可用于超级电容器、锂离子电池等领域。

本文将介绍氧化石墨烯的制备方法和电性能研究进展。

2. 氧化石墨烯的制备氧化石墨烯的制备方法有化学氧化法、热氧化法等。

其中化学氧化法是最常用的方法。

化学氧化法的原理是通过强氧化剂来氧化石墨烯表面的碳原子,形成氧化石墨烯。

一般选用的氧化剂有硝酸、硫酸、过氧化氢等。

以硝酸为例,其反应式为:C + 6HNO3 → C(NO2)2 + 2CO2 + 4H2O + 2NO2C(NO2)2 + 3HNO3 → 2CO2 + 4NO2 + 3H2O制备过程中需要先将石墨烯与氧化剂混合,然后在温度和时间的控制下进行反应。

反应过程中还需加入还原剂如羟胺等,以消除氧化剂的副反应。

3. 氧化石墨烯的电性能研究氧化石墨烯的电性能主要包括电导率、电容等,其性质由制备方法和结构决定。

3.1 电导率氧化石墨烯的电导率较低,但可以通过还原反应得到还原石墨烯,使其电导率增强。

还原反应一般采用高温还原法、化学还原法等。

以化学还原法为例,需要引入还原剂如氢气、氢化钠等,反应式为:nCO + nH2 → CnH2n + nH2O还原后的石墨烯电导率可达到金属的水平,可作为导电性能优良的电极材料。

3.2 电容氧化石墨烯的电容主要包括电化学电容和双层电容。

电化学电容指的是在电解液中利用氧化石墨烯表面的官能团和电离液体之间的相互作用来存储电荷的现象,该电容的特点是容量大、充放电速度快、循环寿命长。

双层电容指的是在氧化石墨烯表面形成一个双层电位差,使其具有储能的能力,该电容的特点是充放电速率快、能量密度高。

4. 应用前景氧化石墨烯具有优良的电性能和化学稳定性,可用于多种领域。

在电池领域,氧化石墨烯的导电性能可提高锂离子电池的性能;在超级电容器领域,氧化石墨烯的电容可使超级电容器具有高能量密度;在传感器领域,氧化石墨烯能够通过改变电性能来感知环境变化;在生物医学领域,氧化石墨烯可用作药物载体或医用材料。

《2024年石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》范文

《2024年石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》范文

《石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》篇一一、引言随着科技的进步,纳米材料的应用已经引起了科学界的广泛关注。

在众多纳米材料中,石墨烯因其独特的物理、化学性质,特别是其超高的电导率和极大的比表面积,已成为近年来材料科学领域的研究热点。

本篇论文旨在深入探讨石墨烯的制备方法以及其在超级电容器中的应用。

二、石墨烯的制备石墨烯的制备方法多种多样,常见的包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等。

1. 机械剥离法:此方法主要是通过机械力将石墨薄片剥离成单层或多层石墨烯。

此法虽然可以制备出高质量的石墨烯,但生产效率较低,不适合大规模生产。

2. 化学气相沉积法:此法通过在高温条件下使气体中的碳原子在基底上沉积形成石墨烯。

此法可以制备大面积的石墨烯,但制备过程需要高温和特定的气体环境。

3. 氧化还原法:此法首先通过强酸等化学试剂将天然石墨氧化,形成氧化石墨(GO),然后通过还原GO得到石墨烯。

此法生产效率高,成本低,适合大规模生产。

三、石墨烯在超级电容器中的应用超级电容器是一种具有高能量密度和高功率密度的储能器件,而石墨烯因其独特的物理性质,使其成为超级电容器的理想材料。

1. 石墨烯的电化学性质:石墨烯具有超高的比表面积和良好的导电性,这使其在电化学反应中能够提供更多的活性位点,从而提高电容器的电容量。

2. 石墨烯在超级电容器中的应用:由于石墨烯的优异性能,其被广泛应用于超级电容器的电极材料。

在电极中,石墨烯不仅可以提供大量的电荷传输通道,还可以通过其大比表面积提供更多的电荷存储空间。

此外,石墨烯的优异导电性可以降低电极的内阻,从而提高电容器的充放电速率。

四、结论随着科技的发展,石墨烯的制备技术已经越来越成熟,其在超级电容器中的应用也越来越广泛。

未来,随着对石墨烯性能的深入研究以及制备技术的进一步优化,石墨烯在超级电容器以及其他领域的应用将更加广泛。

同时,我们也需要关注到石墨烯在实际应用中可能面临的问题和挑战,如成本、环境影响等,以期在未来的研究中找到更好的解决方案。

石墨烯基复合材料的制备与性能研究

石墨烯基复合材料的制备与性能研究

石墨烯基复合材料的制备与性能研究石墨烯是一种单层碳原子排列成的二维晶体,具有极高的强度、导电性和导热性。

在过去的几年里,石墨烯在材料科学领域引起了广泛的关注。

为了进一步发展石墨烯的应用,研究人员开始将石墨烯与其他材料相结合,形成石墨烯基复合材料。

这些复合材料具有优异的性能和多样化的应用前景。

本文将探讨石墨烯基复合材料的制备方法以及其性能研究。

一、石墨烯基复合材料的制备方法1. 化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积法是一种常用的制备大面积石墨烯的方法。

该方法通过在金属衬底上加热挥发的碳源,使其在高温下与金属表面反应生成石墨烯。

石墨烯的生长在具有合适结晶特性的金属表面上进行,如铜、镍等。

CVD法制备的石墨烯可以获得高质量、大尺寸的单层石墨烯。

2. 液相剥离法液相剥离法是一种以石墨为原料制备石墨烯的方法。

通过在石墨表面涂覆一层粘性聚合物,然后利用粘性聚合物与石墨之间的相互作用力,将石墨从衬底上剥离,最终得到石墨烯。

这种方法能够制备出大面积的石墨烯,并且使用简便、成本较低。

3. 氧化石墨烯还原法氧化石墨烯还原法是一种制备石墨烯的简单方法。

首先将石墨烯氧化生成氧化石墨烯,然后通过还原处理,还原为石墨烯。

该方法可以在实验室条件下进行,操作简单方便。

然而,由于氧化石墨烯的导电性较差,所得石墨烯的质量较低。

二、石墨烯基复合材料的性能研究1. 机械性能石墨烯具有出色的机械性能,其强度和刚度超过大多数材料。

石墨烯基复合材料的机械性能主要取决于基体材料和石墨烯的界面相互作用。

研究表明,合适添加石墨烯可以显著提升材料的强度和硬度。

2. 电学性能石墨烯具有优异的电学性能,可以用作电极材料、导电填料等。

石墨烯基复合材料在导电性能方面表现出色,可以用于制备柔性电子器件、传感器等。

3. 热学性能由于石墨烯的热导率高达3000-5000 W/(m·K),石墨烯基复合材料在热学性能方面具有巨大的潜力。

石墨烯能够显著提高基体材料的热导率,因此可以应用于散热材料、热界面材料等领域。

二氧化锰-三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能共3篇

二氧化锰-三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能共3篇

二氧化锰-三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能共3篇二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能1二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出,新型高性能电化学储能设备受到越来越广泛的关注。

二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料作为一种新型的电化学储能材料,具有较高的比电容和循环性能,在超级电容器和锂离子电池中都有广泛的应用。

本文主要介绍二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的制备与电化学性能。

一、制备方法二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的制备一般采用两步法,首先制备石墨烯泡沫材料,再利用化学气相沉积技术将二氧化锰负载在石墨烯泡沫材料表面,最终得到二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料。

1. 制备石墨烯泡沫材料制备石墨烯泡沫材料的方法有多种,如化学气相沉积法、物理气相沉积法、化学氧化还原法等。

本文介绍一种干法化学剥离法制备石墨烯泡沫材料的方法。

将天然石墨在高温下处理,使其表面产生氧化物,然后将氧化后的天然石墨和聚乙烯醇溶液混合,并通过超声波剥离得到石墨烯泡沫材料。

最后将石墨烯泡沫材料热处理,得到具有三维结构的石墨烯泡沫材料。

2. 负载二氧化锰将制备好的石墨烯泡沫材料浸泡在含有二氧化锰前体溶液的乙醇中,然后通过化学气相沉积技术将二氧化锰沉积在石墨烯泡沫材料表面。

最终得到二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料。

二、电化学性能二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的电化学性能一般通过循环伏安法、电化学阻抗谱等测试手段进行测试。

1. 循环伏安法测定循环伏安法是一种常用的电化学测试方法,可以用于测试电化学反应的物理化学特性和电化学反应动力学特性。

将测试样品放置于电极中,在特定电位范围内进行循环伏安扫描,记录扫描图像。

通过扫描图像可以获得电极的片儿式容量、比电容、电化学反应动力学特性等数据。

2. 电化学阻抗谱测试电化学阻抗谱测试是一种可以获得电极电化学行为信息的测试方法。

将测试样品放置于电极中,施加一定的交流电压,记录阻抗谱。

基于石墨烯材料的柔性超级电容器研究_石吉磊

基于石墨烯材料的柔性超级电容器研究_石吉磊

基于石墨烯材料的柔性超级电容器研究石吉磊,杜文城,殷雅侠,郭玉国*,万立骏*中国科学院化学研究所,北京,100190,*Email: ygguo@, wanlijun@随着电子科技的迅速发展,柔性电子器件正逐渐进入人们的生活。

柔性电子器件的实现需要柔性电源的驱动。

因此发展可弯曲,高性能的柔性储能器件变得尤为必要。

超级电容器作为新型的高性能电化学储能器件已经得到广泛研究和应用。

可弯曲甚至可折叠的柔性超级电容器正逐渐成为一个趋势。

石墨烯作为最新形态的碳单质,具有一系列优越的物理化学性能,以及易于制备柔性材料。

因此,石墨烯基材料成为制备柔性储能器件的理想材料。

我们通过简单的水热技术制备了一种3D有序的石墨烯基材料并用于构建柔性超级电容器器件[1]。

所制备的柔性超级电容器器件表现出高的比电容(220F g-1),优良的柔性以及循环稳定性。

弯曲状态下循环10000圈比电容保持率大于80%。

这一优良的电化学性能主要归因于其有序的3D结构有利于离子的快速传输。

此外,该材料的合成过程及柔性电极片的制备均简单、环境友好、具备普适性,不仅可以用于制备超级电容器电极材料也可应用于柔性锂离子电池等领域。

Fig. 1 (a) Nyquist plots of rGO and H-rGO, (b)H-rGO both normal and bending state Cyclic voltammograms at a scan rate of 200 mV s-1 (c), (d) Two H-rGO devices connected in series can power the digital temperature and humidity meter at both normal and bending state. (e) H-rGO 10,000 cycles at a scan rate of 200 mV s-1under bending state.关键词:石墨烯;柔性;超级电容器参考文献[1] Shi J. L.; Du W. C.; Yin Y. X.; Guo Y. G.; Wan L. J., J. Mater. Chem. A, 2014, DOI: 10.1039/C4TA01547A, in press.Graphene-based materials for flexible supercapacitor devices Ji-Lei Shi, Wen-Cheng Du , Ya-Xia Yin, Yu-Guo Guo* and Li-Jun Wan *Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190In our work, a facile hydrothermal reduction of self-assembled 3D graphene oxide (GO) is reported. Binder-free flexible supercapacitor is fabricated using the as-obtained 3D graphene, which exhibits high gravimetric capacitance (up to 220 F g–1) and excellent cycle stability with >80% capacitance retention over 10,000 cycles under bending state.。

石墨烯电池材料的制备与性能研究

石墨烯电池材料的制备与性能研究

石墨烯电池材料的制备与性能研究石墨烯是一种由单层碳原子组成的材料,具有高导电性和高度机械强度等优良性质,是目前材料领域研究的热点之一。

石墨烯材料在能量存储领域也有广泛的研究应用,其中在电池领域的应用备受关注。

本文将主要探讨石墨烯电池材料的制备与性能研究。

一、石墨烯电池材料的制备由于石墨烯的单层结构和极高的比表面积,使得其作为电极材料有着广阔的应用前景。

目前制备石墨烯材料有多种方法,如化学气相沉积法、机械剥离法、溶液剥离法等。

其中,化学气相沉积法制备的石墨烯材料在电极材料中的应用最为广泛。

化学气相沉积法主要是在惰性气体中将石墨烯材料进行热解或化学反应,然后将过程中产生的气体送入到基板表面得到石墨烯。

与其它方法相比,化学气相沉积法可以制备单晶质量高、具有工业化生产条件、可以控制多层石墨烯等收益。

在石墨烯材料的电池应用中,电化学沉积法也是石墨烯电池材料制备中的一种重要方法。

二、石墨烯电池材料的性能研究石墨烯电池材料具有极高的导电性和高比表面积,并有望替代传统锂离子电池中的石墨负极材料和传统电容器中的活性炭等材料。

石墨烯电池材料的优良性质赋予了其在储能方面有着较高的研究价值。

目前,石墨烯电池材料在超级电容器、铅酸电池、锂离子电池和锂硫电池等领域都有广泛的应用。

值得一提的是,在锂离子电池领域,石墨烯材料作为负极材料的电化学性能得到了很好的提升。

石墨烯电池材料的研究工作中,除了制备工艺,石墨烯材料在电池性能中的变化也是研究的重点之一。

一般来说,石墨烯材料的性能表现与其表面形态和结构密切相关,如石墨烯电池材料的比表面积影响其电容性能与能量密度,孔隙大小、密度等因素将影响这些材料的电荷传输和储存性能。

不仅如此,超级电容器中的石墨烯电池材料的电容性能也受到电解液的影响,这包括电解液的缓冲能力、离子浓度以及容积效应等。

三、未来展望石墨烯电池材料的制备和性能方面的研究将会是一个长期的过程。

随着对其导电性、比表面积和电化学性能等方面的深入研究,石墨烯材料在储能领域的应用将会越来越广泛。

石墨烯制成的超级电容器将取代电池

石墨烯制成的超级电容器将取代电池

俄亥俄州代顿市Nanotek Instruments公司新研制的石墨烯超级电容器,单位质量可储存的能量相当于镍氢电池,打破了世界纪录,而且充电或放电只需要短短几分钟、甚至几秒钟,有望取代电池。

相关研究论文发表在Nano Letter上。

该超级电容器电极的制备采用了石墨烯,混合5%的超级P(一种乙炔黑,作用相当于导电添加剂)和10%的聚四氟乙烯(PTFE)结合剂。

研究人员把产生的悬浮液涂在集电器表面,把硬币大小的电容器安装在隔离箱里。

电解质-电极界面的制备,采用了“Celguard隔膜-3501”,而电解液是一种化学品,叫做EMIMBF4。

该公司对硬币大小超级电容器的测试表明,石墨烯电极的超级电容器的能量密度为85.6 Wh/kg,而镍氢电池和锂离子电池分别为40-100 Wh/kg和120 Wh/kg,这是有史以来基于碳纳米材料的双电层超级电容器所达到的最高值。

研究小组成员还包括来自Angstron材料研究所的科学家,他们正在努力工作以进一步提高超级电容器的能量密度。

电容器电极材料研制方面取得系列进展。

超级电容器是介于传统物理电容器和电池之间的一种新型储能器件,具有绿色环保、充电时间短、使用寿命长和工作温度范围宽等优点,其核心部件是性能优异的电极材料。

石墨烯片(GS),作为一种新型的碳材料,具有良好的导电性和大的比表面积,预计将其作为超级电容器的电极材料具有广阔的应用前景。

但是纯石墨烯表面缺少功能基团导致其很难与其它材料复合或在器件上进行组装,从而限制了其深入应用。

因此,对石墨烯表面进行化学修饰以便于获得各种功能复合材料是当前研究的一个热点。

图1:不同PANi含量的PSS-GS/PANi“纸”电极(左)和PSS-GS与PANi纳米纤维之间的静电吸附示意图(右)图2 :PSS-GS与二氧化锰在基底上的层层自组装示意图固体润滑国家重点实验室研究人员利用化学修饰后的石墨烯(PSS-GS)与聚苯胺(PANi)纳米纤维之间的静电吸附作用,制备了PSS-GS/PANi 复合材料胶体溶液,然后抽虑成膜得到了柔性的PSS-GS/PANi复合“纸”电极材料。

基于石墨烯基复合材料的超级电容器研究现状

基于石墨烯基复合材料的超级电容器研究现状

基于石墨烯基复合材料的超级电容器研究现状超级电容器是一种发展成本低、环境友好、能量密度高的新型绿色能源装置,具有充电时间短、放电速度快、使用寿命长、节约能源和绿色环保等优点,得到了科学界的一致追捧,而影响超级电容器最关键的因素就是电极材料的性能。

过渡金属氧化物如Mn02,ZnO,C0304和NiO等虽是较好的电极材料,但导电性能较差,会产生较大的内阻,使得在充放电过程中,容易导致电极材料结构的破坏而影响其充放电容量和循环性能。

将过渡金属负载到碳材料例如石墨烯上可以较好的解决这一难题,这方面研究国内外已有很多相关报道。

作为碳材料中重要的一员,石墨烯由于导电性能强、导热性好、质量轻、比表面积大而备受关注,在储能装置、电化学器件、功能性复合材料等方面都具有重要的应用。

将石墨烯应用到超级电容器上,改善了超级电容器的电容量和循环稳定性。

但石墨烯层与层之间的分子问作用力导致石墨烯容易团聚,从而降低了石墨烯的比表面积和比容量。

将过渡金属氧化物和石墨烯组装成复合材料,既能提高电极材料的导电性和充放电容量,又能增强其循环稳定性。

1过渡金属氧化物与石墨烯复合材料在超级电容器中的应用1.1二氧化锰/石墨烯在超级电容器的研究中,锰作为过渡元素较先受到关注。

虽然它资源比较丰富,且易获取,但电化学性能较弱,尤其是导电性能差阻碍了人们进一步研究的步伐。

通过与石墨烯的复合,能在一定程度上改善二氧化锰存在的问题,大幅度提高其比电容和循环性能。

Li等制备的石墨烯/Mn02复合纸电极具有无黏结剂、柔韧性好的特性,并发现其具有良好的循环稳定性,且在浓度为0.1 mol/L 的Na2SO4水溶液中,当电极的Mn02含量为24%,电流密度为O.5 A /g时,该复合纸电极的比容量为256 F/g。

Wei等通过高锰酸钾还原成二氧化锰沉积在石墨烯表面制备出了二氧化锰/石墨烯复合材料,该复合材料在超级电容器性能测试中显示了较好的循环寿命,其电容为114 F/g。

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___________________________________________________________ 作者简介:陈 宽(1986-),男,江苏人,宁波南车新能源科技有限公司助理工程师,研究方向:电极材料;本文联系人阮殿波(1969-),男,黑龙江人,宁波南车新能源科技有限公司高级工程师,研究方向:超级电容器储能技术;傅冠生(1966-),男,湖南人,宁波南车新能源科技有限公司总经理,研究方向:企业管理; 于智强(1977-),男,浙江人,宁波南车新能源科技有限公司副总经理,研究方向:电容器开发与产超级电容器用石墨烯基电极材料的制备及性能研究阮殿波,陈 宽,傅冠生,于智强 (宁波南车新能源科技有限公司,浙江 宁波 315112)摘要:同传统二次电池相比,超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点,是一种新型高效的储能装置,提升其能量密度是目前主要的研究方向。

石墨烯作为一种新型二维碳材料,具有电导率高、比表面积大、化学稳定性强等优异特点,是超级电容器的理想电极材料。

综述了近几年石墨烯基电极材料的制备方法及其性能特点,对于其存在的问题和未来的发展趋势作了简单的阐述。

关键词:石墨烯; 超级电容器; 能量密度; 功率密度; 电极材料 中图分类号:TQ919;TQ127.1Preparation and Property Research of Graphene-based Electrode Materials forSupercapacitorRUAN Dian-bo, CHEN Kuan, FU Guan-sheng, YU Zhi-qiang(Ningbo CSR New Energy Technology Co., LTD, Ningbo Zhejiang 315112,China)Abstract : Compared with traditional secondary battery, supercapacitor has the advantage of high power density, rapid charge/discharge property and long cycle life, it ’s a new efficient energy storage device. At present the main research direction of supercapacitor is improving its energy density. Graphene is a new kind of two dimension carbon material, it has the advantage of high conductivity, high specific surface area and strong chemical stability, it ’s an ideal electrode material of supercapacitor. This review summarized the preparation methods of graphene-based electrode materials and its performance characteristics. Problems and development tend of graphene-based electrode materials are also introduced in this article.Keywords : graphene; supercapacitor; energy density; power density; electrode material1.引言 石墨烯,一种单原子层厚度的二维sp 2杂化碳材料,是碳的其它维数的同素异形体的基本构造单元。

受其特殊结构的影响,石墨烯拥有一系列优异的物化特性:高断裂强度(125GPa);高速载流子迁移率(2×105cm 2V -1s -1)和热导率(5000Wm -1K -1);超大比表面积(2630m 2/g)[1]。

这些突出的、吸引人的特征使得这种多功能的碳材料可以适用多种实际应用场合,其中,利用石墨烯作为超级电容器[2-4]电极已成为清洁能源领域的研究焦点。

基于现代社会的需求和能源危机的考虑,寻找新型、廉价、环保、高效的储能系统的呼声与日俱增。

在这种大环境下,超级电容器[5]因为其额定容量高、可作为脉冲功率电源、循环寿命长、工作原理简单、维护费用低而成为一种备选储能装置。

超级电容器循环寿命长,可以在高功率密度下实现快速充放电,弥补了蓄电池在这方面的缺陷。

大量的研究表明,为了实现高性能EDLC ,必须解决碳材料的几个关键因素:材料的比表面积、电导率、微孔直径和分布。

大多数情况下,介孔碳材料能够拥有大的比表面积,但偏低的电导率限制了其在高功率密度超级电容器方面的应用[6]。

碳纳米管虽然拥有高的电导率和大的比表面积,但因为电极和集流体之间的接触电阻影响,仍然无法满足性能需求[7-9]。

此外,碳纳米管的纯度和价格也是制约因素。

幸运的是,石墨烯的出现为超级电容器电极材料提供了新的选择余地。

2.石墨烯基电极材料的制备方法2.1化学还原氧化石墨烯法为了获得石墨烯基材料,人们发明了一种简单通用的办法,即向氧化石墨烯悬浮液中添加还原剂(如水合肼)来还原氧化石墨烯。

Ruoff[10]等人将这种化学修饰的石墨烯(CMG)作为电极材料应用到了EDLC上,首次开发出了石墨烯基双电层电容器。

虽然在还原过程中,单片层石墨烯部分团聚成直径约为15-25μm的球形颗粒,但这种石墨烯基材料相对较高的比表面积(750m2/g)仍然使得CMG电极拥有较高的电化学性能。

以CMG作为电极,在水相和有机相电解质中获得的比容量值分别高达135F/g和99F/g,当增大扫描电压速率时,比容量值变动范围并不大,这和CMG的高电导率(200S/m)有关。

CMG的比表面积和电导率仍然有较大的优化空间,因此,这种材料应用在EDLC 超级电容上非常有前景。

虽然氧化石墨烯能在水溶液中稳定分散成单片层,但如果直接还原,会导致不可逆的沉降团聚[11],最终的还原产物和颗粒状石墨片晶没有多大区别,比表面积都很低。

为了避免石墨烯的不可逆堆叠,Chen[12]等人开发了一种气固还原法来制备石墨烯基材料(GBM),并且用其作为电极组装成超级电容器。

虽然这种石墨烯看上去仍然存在团聚现象,但团聚程度要比水溶液中还原得到的石墨烯低的多[10]。

这些褶皱片层紧密的互相连接,形成一个连续的导电网络。

因此,从形态学结构上来看,电解液离子和电极之间会有更好的接触性。

和电容器中使用的传统的碳材料不同的是,在这种结构中,电解液不仅可以渗透到固体的外部空间,同时也可以进入内部空间。

这样,石墨烯的宽阔的两面都可以暴露在电解液中,提高了电容值。

正因为如此,GBM电极制作的超级电容器才能在水相电解液中获得205F/g的最大比容量,10kW/kg的功率密度以及28.5Wh/kg 的能量密度。

除此以外,在1200次循环之后,比容量仍能保持初始值的90%。

除了水合肼之外,氢溴酸也是一种广泛用来还原氧化石墨烯的试剂。

Ma[13]等人就报导过这种还原方式,他们向氧化石墨烯溶液中添加氢溴酸,还原氧化石墨烯获得了石墨烯基材料(GBM)。

由于氢溴酸是一种弱还原剂,氧化石墨烯表面的一些相对稳定的含氧基团就留在了还原氧化石墨烯的表面。

这些基团不仅改善了还原氧化石墨烯的润湿性,有利于水相电解液对电极的浸润,而且改善了赝电容特性。

电流密度为0.2A/g时,在1M的硫酸溶液中,这种材料的最大比容量达到了348F/g。

令人惊讶的是,还原氧化石墨烯的的电容量在循环次数达到2000次之前不仅没有衰减反而增加。

更特殊的是,1800次循环之后,电容量达到初始容量的125%,3000次循环之后仍保持初始值的120%。

这些现象的根源来自残留的含氧基团,在不断的循环测试过程中,部分残留的含氧基团得到了还原,改善了材料的电容特性,直到1800次循环结束。

2.2热还原氧化石墨烯法通过氧化石墨烯的热剥离可以获得还原性石墨烯材料(RGM)。

据报导[14],在常压下,当温度高于550°C时,氧化石墨烯可以发生热剥离。

Rao[15]等人研究了在1050°C 热剥离氧化石墨烯,开发出EDLC电极材料。

这种样品能够提供的最大比表面积高达925m2/g,在硫酸溶液中测试,比容量能接近117F/g。

然而,高温剥离过程能耗大,难于控制。

因此,人们发明了低温剥离技术。

Yang[16]等人在真空环境中,200°C低温下成功实现了氧化石墨烯的热剥离。

一般认为石墨烯在这些低温剥离样品中会趋向于部分覆盖在一起,形成一种带有大孔的聚合架构,电解液离子很容易通过这些大孔与石墨烯表面接触形成双电层。

低温热剥离带来石墨烯的开放孔系统和独特的表面化学组成,作为电极时,在水相和有机相电解液中,电流密度为100mA/g时,循环10次以后,仍保留有264F/g和122F/g的比容量,这些数据要高于那些高温热剥离的样品[15]。

Du[17]等人在一篇文章中提出在空气中低温热剥离氧化石墨烯制备RGM,获得的样品在2M的KOH溶液中,电流密度在1A/g时,其比电容达到232F/g。

根据BET测试所获得的石墨烯的比表面积值,如此高的比电容被认为是来源于石墨烯片层的双电层电容和表面含氧基团所带来的赝电容。

但是,这些含氧基团对双电层电容的稳定性有负面影响。

利用温和的水热还原法可以还原氧化石墨烯以组装RGM超级电容器。

这是一种温度相对较低的剥离和还原方法,选择一种合适的溶剂,甚至都不需要还原剂,就可以将GO还原。

Ruoff[18]等人发现采用超声处理分散在碳酸丙烯酯(PC)中的GO可以实现剥离。

另外,将GO悬浮液加热到150°C,可以除去表面大量的含氧基团,还原后的样品分散在PC中仍然是黑色悬浮液,主要由还原石墨烯片层堆叠而成,一般由2至10层构成。

虽然是在相对较低的温度下还原得到的,但这些石墨烯片的电导率仍高达5230S/m。

商业超级电容器通常使用四乙基四氟硼酸铵(TEA BF4)和PC的混合液作为电解液[19],因此,TEA BF4可以很容易的添加到PC/RGM悬浮液中,形成浆料用于EDLC电极。

测得这种电极在PC系电解液中的比容量达到112F/g。

Lin[20]等人同样使用水热还原法,在二甲基甲酰胺(DMF)中150°C加热GO悬浮液,可以有效控制官能团的密度。

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