活性石墨烯_活性炭干法复合电极片制备及其在超级电容器中的应用_郑超
第5卷 第4期 2016年7月 储 能 科 学 与 技 术
Energy Storage Science and Technology Vol.5 No.4Jul. 2016
研究开发
活性石墨烯/活性炭干法复合电极片制备及其在超级电容器中的应用
郑 超1，周旭峰2，刘兆平2，杨 斌1，焦旺春1，傅冠生1，阮殿波1 （1宁波中车新能源科技有限公司超级电容研究所，浙江 宁波 315112；2中国科学院宁波材料技术与工程研究所， 浙江 宁波 315201） 摘 要：采用干法电极制备工艺成功制备了活性石墨烯/活性炭复合电极片，分别用扣式电容器和软包电容器考察活性石墨烯/活性炭复合电极的电化学性能。综合结果表明，复合电极中活性石墨烯的含量为10%（质量分数）较为合适，相较于纯活性炭电极，比容量提高了10.8%。本工作验证了活性石墨烯材料在商用超级电容器中的适用性，证实了活性石墨烯是一种非常具有实际应用价值的电极材料。但目前，活性石墨烯并未真正产业化，其成本远高于商用活性炭。在未来，如何解决活性石墨烯工程制备技术难题和降低成本是材料产业界亟待解决的难题。 关键词：活性石墨烯；活性炭；干法电极制备工艺；超级电容器 doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.012 中图分类号：TK 53 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2016）04-486-06 Preparation of activated graphene/activated carbon dry composite
electrode and its application in supercapacitors
ZHENG Chao1, ZHOU Xufeng2, LIU Zhaoping2, YANG Bin1, JIAO Wangchun1, FU Guansheng1, RUAN Dianbo1 (1Ningbo CRRC New Energy Technology Co., Ltd, Institute of Supercapacitors, Ningbo 315112, Zhejiang, China; 2Ningbo Institute of Industrial Technology, CAS, Ningbo 315201, Zhejiang, China) Abstract: Activated graphene/activated carbon composite electrodes were successfully prepared by a dry method. The electrochemical performance of activated graphene/activated carbon electrodes was investigated using coin cell supercapacitor and soft package supercapacitor, respectively. Comprehensive results show that the approprite content of activated graphene in the composite is 10% (weight ratio). Compared to the activated carbon electrode, the specific capacitance of 10% activated graphene/90% activated carbon composite electrode increases by 10.8%. This work verified the applicability of activated graphene material in the commercial supercapacitor, and confirmed that the activated graphene is a kind of electrode material with practical application value. But by now, the activated graphene has not really industrialization, its cost is much higher than that of commercial activated carbon. In the future, how to solve the engineering technical problem of activated graphene and reduce its cost are critical. Key words: activated graphene; activated carbon; dry method of electrode preparation; supercapacitors 超级电容器是一种纯物理储能器件，具有极高
的安全性、百万次循环寿命、环境友好、能量转换
效率极高的优点，是替代蓄电池的有力选择[1-4]。但
收稿日期：2016-01-23；修改稿日期：2016-03-03。 基金项目：宁波市重大科技专项（2016B6003）资助。 第一作者：郑超（1984—），男，博士，研究方向为纳米碳材料制备及超级电容器电极制备、工艺等，E-mail：snowcat2005@163.com；通讯联系人：阮殿波，教授级高级工程师，E-mail：ruandianbo@csrcap.com。 目前商品化超级电容器的单体容量小、能量密度低，
无法作为车辆主动力源使用。开发高比能车载超级
电容器是对公共交通车辆储能牵引技术的重大变
革，意义重大。超级电容器能量密度大幅提高是世
界级的技术难题，传统的湿法涂布工艺、活性炭电
极材料的超级电容器能量密度已达到极限，迫切需
要开发新型电极材料、新的电极工艺来实现其能量
密度的提升。 郑 超等：活性石墨烯/活性炭干法复合电极片制备及其在超级电容器中的应用 487 第4期
目前，活性炭因其密度高、孔隙丰富、价格低
廉是唯一得到商业化应用的电极材料。但活性炭导
电性差，影响其功率密度、倍率性能和电极材料的
利用率等[5-6]。开发高效新型碳材料是提升超级电容
器性能的有效途径之一，美国德州大学RUOFF等[7]
对还原石墨烯进行KOH活化，制备了一种新型的
三维多孔石墨烯（称为“活性石墨烯”）。它具有超
高的比表面积和高的导电性，实验室测试结果表明
其超级电容器能量密度接近于铅酸电池，是一种非
常具有应用前景的新型电极材料。但是这类材料密
度较低、吸液量大，对超级电容器的可加工性和便
携性提出了挑战。在实际应用中，综合二者的优势
制备活性石墨烯/活性炭复合电极是一条有效的途
径。但传统的湿法电极制备工艺难以满足复合电极
的器件加工，高比表面积的活性石墨烯的引入往往
会造成电极浆料固含量低、电极密度低、极片开裂
脱落等问题。因此，开发高效新型的电极加工工艺
是决定石墨烯材料在超级电容器产业中应用成败的
关键。
针对上述问题，目前工业上开发核心电极的技
术为干法分散-成膜-固化制备技术。该技术能确保
电极在生产过程中不掉粉、不脱落、不反弹，保证
超级电容器的超长使用寿命；其次，电极干法制备
技术可将电极密度提高至0.65～0.70 g/cm3，有效提
高单位体积电极中活性物质的质量，极大提升了单
体的比容量；再次，该技术确保电极制备中无液相
过程，避免了制约电极提升的水分的引入，有利于
提高单体的窗口电压。该技术有效地解决了活性石
墨烯等材料难以加工的技术难题。
本工作采用干法电极制备工艺制备活性石墨烯/
活性炭复合电极片，通过两步碾压方式提高电极密
度，保证电极片的连续性和厚度均一性，提高超级
电容器的能量密度。重点考察了复合电极中活性石
墨烯的含量对其储能性能的影响，综合评估，筛选
适用于商用超级电容器单体需求的活性石墨烯/活
性炭干法复合电极片，制备高性能的活性石墨烯/
活性炭基超级电容器。
1 实 验
1.1 原材料的制备及选型
活性石墨烯的制备如ZHENG等[8]前期的报道
所示，简要过程如下：前驱体石墨烯的制备采用液相中石墨氧化-热膨胀剥离的方法。石墨烯和KOH
按质量比1∶8混合均匀，加入适量去离子水等体积
浸渍8 h，干燥后放入管式回转炉中，氩气保护下，
在850 ℃下活化2 h。活化后的固体粉末用稀盐酸
清洗、抽滤，并用大量去离子水清洗至中性，烘干
得到活性石墨烯粉体。活性炭选用商用活性炭
（PCT，SBET=2100 m2/g），粒径7～10 µm。
1.2 干法复合电极片制备
首先将制备的活性石墨烯、活性炭、乙炔黑、
聚四氟乙烯（PTFE）按一定的质量比通过超高速剪
切分散均匀，活性物质中活性石墨烯的质量分数分
别为0、10%、20%、100%。接着，将上述得到的
干态混合物依次进行“垂直碾压”和“水平碾压”
得到厚度均一的炭膜，炭膜通过导电胶粘贴到集流
体上，加热固化后即可得到复合干法电极片，具体
过程详见结果与讨论部分。之后，复合电极片依次
分切、冲切、干燥，分别组装成2025型扣式电容器
和软包电容器。其电解液为1 mol/L的TEA/AN。
1.3 结构表征及电化学性能测试
采用扫描电镜（SEM，HitachiS-4800）和透射
电镜（TEM，FEI TecnaiG2 F20）对活性石墨烯和
复合电极片的微观形貌进行表征。活性石墨烯比表
面积通过全自动比表面积及微孔物理吸附分析仪
（micromeritics ASAP-2020M）测试，孔径分布采用BJH方法计算。
将上述制备的扣式和软包超级电容器静置24
h，待电解液中充分浸渍活性物质后，在Land电池
测试系统上进行恒电流充放电测试，电流密度为50
mA/g、100 mA/g、200 mA/g、500 mA/g、1000 mA/g，
电压区间为0～2.7 V。
2 结果与讨论
2.1 活性石墨烯结构与形貌表征分析
图1(a)、1(b)为制备的活性石墨烯的SEM图和TEM图。从图中可以观察到活性石墨烯呈片层状三
维网络结构，每一片层包含数层石墨烯，它们相互
交联形成具有大孔结构的三维网络结构。这些大孔
提供了离子快速迁移的通道。高分辨投射电镜照片
进一步表明活性石墨烯的片层很薄，近似于单层。
活性石墨烯的边缘非常褶皱，片层上能清晰观察到
大量的纳米孔洞，说明化学活化是制备多孔石墨烯
的一种有效的手段，这些褶皱的边缘和刻蚀形成的
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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超级电容器用石墨烯基电极材料的制备及性能研究
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。
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)
1.引言
石墨烯，一种单原子层厚度的二维sp2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(2×105cm2V-1s-1)和热导率(5000Wm-1K-1)；超大比表面积(2630m2/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。
干法电极工艺
干法电极工艺
干法电极工艺是一种利用炭素材料制作电极的方法。这种方法近年来因其高效、低成本和环境友好而备受关注。本文将介绍干法电极工艺的原理、优点和应用。
一、干法电极工艺的原理
干法电极工艺是一种在干燥条件下将炭素材料粉末压制成所需形状的方法。通过对不同类型的炭素材料加以处理并在一定温度和压力下压制，可以获得高密度、高强度和高导电性的电极。
在干法电极工艺中，最重要的是炭素材料的选择和预处理。不同的炭素材料在处理和压制后会产生不同的性能。因此，炭素材料的选择应根据具体的应用场景和要求来确定。
二、干法电极工艺的优点
1.高效。干法电极工艺可以在较短时间内制备出高密度、高强度和高导电性的电极，从而提高了生产效率。
2.低成本。干法电极工艺所需设备简单，原材料易得，成本低廉。
3.环境友好。干法电极工艺不需要使用溶剂或其他化学药剂，不会产生废水和废气，对环境无污染。
三、干法电极工艺的应用
1.锂离子电池。干法电极工艺可以用于锂离子电池的正负极电极的制备。锂离子电池是目前应用最广泛、最有前途的一种充电电池，广泛应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。
2.超级电容器。干法电极工艺可以应用于超级电容器的制备。超级电容器是一种新型的储能器件，具有高能量密度、高功率密度、长寿命等优点，被广泛应用于电力系统、航空航天、交通、军事等领域。
3.燃料电池。干法电极工艺可以用于燃料电池的电极制备。燃料电池是一种通过化学反应将燃料和氧气转化为电能的设备，被广泛用于汽车、船舶、航空航天等领域。
总之，干法电极工艺是一种有效的炭素材料制备方法，具有高效、低成本和环境友好等优点，被广泛应用于锂离子电池、超级电容器和燃料电池等领域。随着科技的不断发展，干法电极工艺将有更广阔的应用前景。
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。Yan和Fan等通过微波辅助法制备出了石墨烯／MnO复合材料，研究发现该复合材料的电容性能是纯石墨烯和纯Mn02的三倍，在2 mV／s扫描下，比电容为 310 F／g。并且其循环寿命良好，在1000次循环后比电容仍可为 97％。
碳基超级电容器的制备及其性能研究
碳基超级电容器的制备及其性能研究
超级电容器是一种新型的电能储存设备，具有能量密度高、功率密度大、充放电快等特点。其中，碳基超级电容器作为一种主流的超级电容器，具备安全性高、环境友好、稳定性强等优势。
制备碳基超级电容器的主要步骤包括选材、材料表面处理、电极制备、装配等。其中，选材是制备碳基超级电容器中最重要的一步。常见的电极材料包括活性炭、石墨、石墨烯等。活性炭因其比表面积大、孔径分布均匀等特征受到广泛应用。但制备过程中易出现结构疏松等问题，降低其储能效率。石墨烯则因其单层结构和高导电性能受到重视，但制备工艺复杂，成本较高。
在材料表面处理中，通常采用物理氧化、化学处理等方法，使得材料表面微观结构更加均匀，增强材料的储能效率和稳定性。
电极制备中，通常采用混合（mixing）、涂覆、压制等方法，将电极材料与导电添加剂混合或涂覆于导电收集体上。根据材料的形态和性质，制备不同形式的电极。
在装配中，电极片与电解质层层叠加、固定成电容器的正、负极板，通常采用双层对称结构或者金属电极氧化形式。
超级电容器的性能主要受材料、结构、电解质和制备工艺等方面的影响。常见的影响因素包括电极表面形貌、导电添加剂、硫酸盐电解质浓度、纳米孔径等。
同时，超级电容器的性能评价指标主要包括比电容、电压范围、循环寿命、能量密度和功率密度等。其综合性能需要在各方面指标的优化中获得全面提升。
在应用方面，碳基超级电容器广泛应用于能量储存、智能电网等领域。其高功率密度和短充电时间使得其成为航天、交通等领域的理想能量储存设备。同时，超级电容器在智能电网、微电网等领域的应用也逐渐增多，对提高电网的稳定性和可靠性起到了重要作用。
总的来说，碳基超级电容器的制备涉及多个方面的技术，需要在材料、制备工艺等方面进行深入研究，以提高其性能并拓宽应用领域。
活性石墨烯_活性炭干法复合电极片制备及其在超级电容器中的应用_郑超
第5卷 第4期 2016年7月 储 能 科 学 与 技 术
Energy Storage Science and Technology Vol.5 No.4Jul. 2016
研究开发
活性石墨烯/活性炭干法复合电极片制备及其在超级电容器中的应用
郑 超1，周旭峰2，刘兆平2，杨 斌1，焦旺春1，傅冠生1，阮殿波1 （1宁波中车新能源科技有限公司超级电容研究所，浙江 宁波 315112；2中国科学院宁波材料技术与工程研究所， 浙江 宁波 315201） 摘 要：采用干法电极制备工艺成功制备了活性石墨烯/活性炭复合电极片，分别用扣式电容器和软包电容器考察活性石墨烯/活性炭复合电极的电化学性能。综合结果表明，复合电极中活性石墨烯的含量为10%（质量分数）较为合适，相较于纯活性炭电极，比容量提高了10.8%。本工作验证了活性石墨烯材料在商用超级电容器中的适用性，证实了活性石墨烯是一种非常具有实际应用价值的电极材料。但目前，活性石墨烯并未真正产业化，其成本远高于商用活性炭。在未来，如何解决活性石墨烯工程制备技术难题和降低成本是材料产业界亟待解决的难题。 关键词：活性石墨烯；活性炭；干法电极制备工艺；超级电容器 doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.012 中图分类号：TK 53 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2016）04-486-06 Preparation of activated graphene/activated carbon dry composite
electrode and its application in supercapacitors
ZHENG Chao1, ZHOU Xufeng2, LIU Zhaoping2, YANG Bin1, JIAO Wangchun1, FU Guansheng1, RUAN Dianbo1 (1Ningbo CRRC New Energy Technology Co., Ltd, Institute of Supercapacitors, Ningbo 315112, Zhejiang, China; 2Ningbo Institute of Industrial Technology, CAS, Ningbo 315201, Zhejiang, China) Abstract: Activated graphene/activated carbon composite electrodes were successfully prepared by a dry method. The electrochemical performance of activated graphene/activated carbon electrodes was investigated using coin cell supercapacitor and soft package supercapacitor, respectively. Comprehensive results show that the approprite content of activated graphene in the composite is 10% (weight ratio). Compared to the activated carbon electrode, the specific capacitance of 10% activated graphene/90% activated carbon composite electrode increases by 10.8%. This work verified the applicability of activated graphene material in the commercial supercapacitor, and confirmed that the activated graphene is a kind of electrode material with practical application value. But by now, the activated graphene has not really industrialization, its cost is much higher than that of commercial activated carbon. In the future, how to solve the engineering technical problem of activated graphene and reduce its cost are critical. Key words: activated graphene; activated carbon; dry method of electrode preparation; supercapacitors 超级电容器是一种纯物理储能器件，具有极高
超级电容器用活性炭电极的制备及电化学性能研究_左晓希
收稿日期:2004-10-15基金项目:国家自然科学基金资助项目(20373016)作者简介:左晓希(1975-),女,河南信阳人,华南师范大学讲师,华南理工大学在职博士研究生.文章编号:1000-5463(2005)01-0077-05
超级电容器用活性炭电极的制备
及电化学性能研究
左晓希1,2,李伟善1
(1.华南师范大学化学系,广东广州510631;2.华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510641)
摘要:以石油焦为原料,采用KOH活化法制备比表面积为2170m2/g的高比表面积活性炭,采用该材
料作为电极材料,组装成超级电容器,并对它进行了恒电流充放电实验、循环伏安实验和交流阻抗等
实验,结果表明,制备的活性炭作电极材料组装的电容器具有良好的电化学性能.
关键词:超级电容器;活性炭;双电层电容;电化学性能
中图分类号:O646.3 文献标识码:A
RESEARCHONACTIVEDCARBONMATERIALSFOR
ELECTRICDOUBLE-LAYERCAPACITOR
ZUOXiao-xi1,2,LIWei-shan1
(1.DepartmentofChemistry,SouthChinaNormalUniversity,Guangzhou510631,China;
2.MaterialSience&EngineeringInstitute,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510641,China)
Abstract:Theactivatedcarbonwithhighspecificareaof2170m2/gwaspreparedfrom
petroleumcokebyKOH-activation,whichcanbeusedaselectrodematerialsforelectricdou-
ble-layercapacitor.ItsgoodelectrochemicalperformancewasdeterminedbymeansofDC
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
超级电容器用活性炭电极材料的研究进展
超级电容器用活性炭电极材料的研究进展*
邢宝林,谌伦建,张传祥,黄光许,朱孔远
(河南理工大学材料科学与工程学院,焦作454003)
摘要 活性炭因具有制备简单、成本低、比表面积大、导电性好以及化学稳定性高等特点,作为超级电容器电
极材料已得到广泛应用。论述了活性炭电极超级电容器的工作原理及活性炭物化性质对超级电容器电化学性能的
影响,介绍了活性炭电极材料的最新研究进展,展望了其应用前景,指出寻找新炭源及活化技术、探索活性炭孔结构
和表面性质的有效控制手段、开发活性炭复合材料等是该领域今后研究的重点方向。
关键词 活性炭 电极材料 超级电容器 电化学性能
中图分类号:TQ424.1;TM53 文献标识码:A
ResearchProgressofActivatedCarbonElectrodeMaterialforSupercapacitor
XINGBaolin,CHENLunjian,ZHANGChuanxiang,HUANGGuangxu,ZHUKongyuan
(InstituteofMaterialsScienceandEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003)
Abstract Activatedcarbonhasbeenusedwidelyasthesupercapacitorelectrodematerialforitseasyavailabil-i
ty,lowcost,highspecificsurfacearea,excellentelectricalconductivityandchemicalstability.Theworkingprinciple
ofsupercapacitorwithactivatedcarbonaselectrodeandeffectofphysicochemicalpropertiesofactivatedcarbonon
【CN109950054A】一种三元碳基复合电极材料及其制备方法和应用【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日
(21)申请号 201910187041.9
(22)申请日 2019.03.13
(71)申请人 镇江市高等专科学校地址 212003 江苏省镇江市京口区学府路61号
(72)发明人 王国喜 邢正 韩光范
(74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限公司 32200代理人 楼高潮
(51)Int.Cl.H01G 11/30(2013.01)H01G 11/36(2013.01)H01G 11/38(2013.01)H01G 11/32(2013.01)H01G 11/86(2013.01)
(54)发明名称一种三元碳基复合电极材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开一种三元碳基复合电极材料及其制备方法，所述复合电极材料为经过离子液体改性的活性炭/碳纳米管/石墨烯三元碳基复合粉体电极材料。所述制备方法步骤是：取活性炭、碳纳米管、石墨烯溶于无水乙醇中，超声10～30min，得到分散液；向所得分散液中加入离子液体，高速搅拌混合后在400～700℃下煅烧1～4小时，冷却至室温后磨至粉末状，得到三元碳基复合电极材料。该材料孔隙率高，比电容量、能量密度、最大功率密度和充放电效率高，具有优异的双电层电容特性，可应用于双电层超级电容器。本发明的制备方法简单，条件温和，对环境友好、无污染、对设备无腐蚀，
无其它副产物。
权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 109950054 A2019.06.28
CN 109950054
A1.一种三元碳基复合电极材料，其特征在于，所述三元碳基复合电极材料是由活性炭、
碳纳米管和石墨烯混合物经离子液体改性制成的粉体，所述粉体的粒径为0.04～0.16mm，
所述活性炭、碳纳米管、石墨烯、离子液体按质量份分别为29～31份、1～3份、1～2份、1～2
份。
2.根据权利要求1所述的一种三元碳基复合电极材料，其特征在于，所述离子液体为1-
超级电容器材料的研究及应用
超级电容器材料的研究及应用
超级电容器是一种利用电场存储电能的能量存储器，其在电化学和电磁学理论上都有一定的发展。超级电容器具有高能量密度、快速充放电、长寿命等优点，在现代航空、汽车、宇航和智能电网等领域有着广泛的应用。而超级电容器的核心是电极材料，所以先进的电极材料能够带来超级电容器工作性能更好的表现。
一、超级电容器电极材料的研究现状
目前，超级电容器电极材料的研究集中在以下领域：
（1）金属氧化物材料的研究。金属氧化物，如钼酸锂、钴酸镍等，具有优异的电极电化学性能，同时元素资源广泛，价格低廉，因此在超级电容器电极材料领域得到了广泛的研究与应用。
（2）碳材料的研究。碳材料是制备超级电容器电极材料的主要原材料之一，具有良好的导电性和热稳定性。而以活性炭为代表的多孔碳材料还具有大表面积、高比电容等优良性质，因此在超级电容器电极材料以及电池、传感器等领域应用广泛。
（3）二维材料的研究。二维材料，如石墨烯和硼氮化物，具有高比表面积、方便处理的优势，已被广泛研究作为超级电容器电极材料。尤其石墨烯由于其优异的导电性、机械强度和化学稳定性等特性，在超级电容器电极材料研究中被广泛关注。
（4）金属有机骨架材料的研究。金属有机骨架材料，即MOFs，是由金属离子和有机配体组成的晶态材料，具有极大的内孔体积以及可调控的孔径和结构。这种新型材料具有极高的表面积和储能密度，是超级电容器电极材料研究的热点之一。
二、超级电容器电极材料的制备方法 超级电容器电极材料的制备方法主要分为化学还原法、水热法、煅烧法、氧化还原电位法等。其中化学法是制备超级电容器电极材料的常规方法，其通过调节反应条件，可控制电化学行为，实现材料的优异电化学性能；而水热合成是在相对低的温度和压力下，通过压剂或表面修饰剂，实现材料形貌和结构的微观调控；氧化还原电位法是通过扫描电位电化学法控制电位，调控材料的化学反应，从而实现精准控制。
三、超级电容器材料的应用