3D-石墨烯及其聚苯胺复合材料在超级电容器中的研究进展

聚苯胺制备工艺简单,价格低廉,结构稳定,理论比容量大,掺杂过程简单,具备掺杂和反掺杂的性能,但循环稳定性差,将其与石墨烯复合,利用二者的协同作用能够更好地提高电容性能。与二维石墨烯相比,三维石墨烯具有独特的三维多孔结构,不仅增加了与电解液的接触面积,同时提供了快速的电子传输通道,而且其独特的网状结构可减少聚苯胺在复合材料中的团聚使其在超级电容器方面表现出良好的潜力。介绍了三维石墨烯的制备方法,主要包括自组装法和模板导向法;综述了三维石墨烯/聚苯胺复合材料以及掺杂改进的三维石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法及其电化学性能在超级电容器中的研究进展;并对其未来研究发展趋势进行了展望。     

三维石墨烯及其复合材料的制备及在超级电容器中的研究进展

三维(3D)石墨烯及其复合材料具有柔韧性好、比表面积大、功率密度高、力学性能稳定以及离子传输迅速等优良性能,成为材料科学领域备受关注的材料。概述了三维石墨烯材料的基本性质和性能,并对其多元复合材料的制备方法以及在超级电容器储能材料方面的应用研究进展进行了评述。三维(3D)石墨烯常用的制备方法有自组装法、模板导向法和3D打印法等,通过对制备方法进行改进,可以有效调控三维材料的多孔结构、孔径、柔韧性和电子传递速度等性能。三维(3D)石墨烯与过渡金属化合物及导电聚合物复合而成的多元复合物在超级电容器电极材料方面表现出广阔的应用前景。     

超级电容器用石墨烯极片的制备和性能

以石墨粉为原料,通过简便的氧化还原法制备了石墨烯。将石墨烯极片在有机电解液体系中组装成超级电容器。利用XRD、SEM对制备的石墨烯电极进行物相和形貌分析。采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对所制备超级电容器的电容性能进行了研究。结果表明,石墨烯电极超级电容器比天然石墨制备的超级电容器的比电容有了明显的提高;在电流密度为200mA/g,电压区间为1.25~2.5V下循环888次后比电容保持在45.5F/g,容量保持率在85.5%,表明石墨烯材料制备的电容器具有较好的充放电循环性能。     

超级电容器用石墨烯极片的制备和性能

以石墨粉为原料,通过简便的氧化还原法制备了石墨烯。将石墨烯极片在有机电解液体系中组装成超级电容器。利用XRD、SEM对制备的石墨烯电极进行物相和形貌分析。采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对所制备超级电容器的电容性能进行了研究。结果表明,石墨烯电极超级电容器比天然石墨制备的超级电容器的比电容有了明显的提高;在电流密度为200mA/g,电压区间为1.25~2.5V下循环888次后比电容保持在45.5F/g,容量保持率在85.5%,表明石墨烯材料制备的电容器具有较好的充放电循环性能。     

氮掺杂和SnO_2纳米粒子负载对全固态对称型石墨烯超级电容器性能的影响（英文）

电极材料是影响超级电容器性能的主要因素。本研究采用溶剂热法合成石墨烯和氮掺杂石墨烯,通过简单的化学法在其表面负载SnO2纳米粒子。利用刮涂工艺在FTO玻璃表面制备石墨烯、SnO2/石墨烯、氮掺杂石墨烯和SnO2/氮掺杂石墨烯薄膜,并经400℃热处理。分别以制备的石墨烯基薄膜和PVA/H3PO4为电极和电解质组装对称型全固态超级电容器。测试结果表明,与石墨烯相比,氮掺杂石墨烯具有较大的晶粒尺寸、较高的比表面积和较高的超电容性能;SnO2纳米粒子负载可显著提高石墨烯和氮掺杂石墨烯的超电容性能。     

氮掺杂和SnO2纳米粒子负载对全固态对称型石墨烯超级电容器性能的影响

电极材料是影响超级电容器性能的主要因素。本研究采用溶剂热法合成石墨烯和氮掺杂石墨烯, 通过简单的化学法在其表面负载SnO₂纳米粒子。利用刮涂工艺在FTO玻璃表面制备石墨烯、SnO₂/石墨烯、氮掺杂石墨烯和SnO₂/氮掺杂石墨烯薄膜, 并经400℃热处理。分别以制备的石墨烯基薄膜和PVA/H₃PO₄为电极和电解质组装对称型全固态超级电容器。测试结果表明, 与石墨烯相比, 氮掺杂石墨烯具有较大的晶粒尺寸、较高的比表面积和较高的超电容性能; SnO₂纳米粒子负载可显著提高石墨烯和氮掺杂石墨烯的超电容性能。     

绿色高效制备电化学性能优异的多孔石墨烯电极材料

电极材料的性能决定超级电容器的储能特性,因此研究优异电极材料的制备方法是提高其储能特性的重要前提。多孔石墨烯(Porous graphene)作为新型的碳材料具有比表面积大、电导率高等优点,是一种理想的双电层电容器电极材料。本工作制备的多孔石墨烯材料微孔和中孔都很发达,孔径分布更为合理,因此其比表面积相较于原始的石墨烯有了很大的提高。经检测该材料的比表面积为1 417.65 m²·g-1,并且能够提供较高的电化学双电层电容,经测试由该材料组装成的扣式超级电容具有31.7 F·g-1的比容量且具有优良的导电特性。此外,在电流密度1 A·g-1下循环10 000次后材料比电容保持率为78%。这些电化学测试结果表明本研究制备的多孔石墨烯在超级电容器的能量存储方面具有较好的应用前景。     

三维石墨烯宏观结构材料的制备与应用研究进展

将二维单原子层石墨烯组装成三维宏观结构是石墨烯获得实际应用的最佳途径之一.三维石墨烯(3DG)宏观结构在保留石墨烯本身性质的基础上具有更高比表面积、电导率和更优异的机械性能.近年人们相继提出了模板辅助化学气相沉积(CVD)、自组装、电化学沉积、3D打印等多种方法制备不同结构3DG宏观材料,并在能源、信息、环境、生物医学等方面取得了广泛应用.本文综述了当前3DG的制备方法及其在超级电容器和组织工程领域应用的最新进展.     

三维石墨烯复合材料的制备及其在超级电容器领域的研究现状

三维石墨烯具有独特的三维多孔结构,不仅增加了与电解液的接触面积,同时为固定在其表面的活性物质提供了快速的电子传输通道,有效地提高了超级电容器的电化学性能,使其被认为是最有前景的超级电容器电极材料。综述了目前获得多孔结构、大比表面积、优异导电性和良好力学性能的三维石墨烯的方法,并简述了其复合材料在超级电容器领域的应用现状。     

基于海藻制备超级电容器用三维多孔石墨烯

以海藻作为固相碳源,利用海藻对金属离子具有吸附性能的特点,在未进行生物质材料改性的条件下,实现海藻生物质材料对催化剂金属离子的均匀吸附.本文结合原位高温金属催化和化学活化的方法制备三维多孔石墨烯,并研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能.通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱、氮气吸附等手段对三维多孔石墨烯的形貌与结构进行表征分析.研究结果表明,制备的三维多孔石墨烯具有片层状三维网络结构,且片层较薄,并具有较高的石墨化程度,其比表面积达到1 700 m~2/g,孔径分布主要在2~10 nm.以该三维多孔石墨烯材料作为超级电容器电极材料,进行电化学性能表征,发现在较低的电压扫速下得到的比电容量为90 F/g,同时,该材料还具有较高的能量密度和功率密度.以海藻为固相碳源制备得到的三维多孔石墨烯材料在超级电容器领域具有一定的应用前景.     

Porous carbon derived from waste polystyrene foam for supercapacitor

Polystyrene, one of the classical plastic, has caused serious environmental problems due to overuse and inability to recycle effectively. Transforming it into functional carbon materials is one of the effective ways to recycle polystyrene and other waste plastics, which has drawn the attention. In this study, we have developed a facile and efficient method for the preparation of three-dimensional (3D) network structure porous carbon (PC) via the Friedel–Crafts reaction with waste polystyrene serves as carbon source. Notably, the constructed carbonyl (–CO–) cross-linking bridges between the linear polystyrenes provide the resulting hierarchical porous polystyrene with a high cross-linking density and amounts of oxygen atoms to achieve the carbonizability of cross-linking polystyrene framework. Moreover, silica particles created more porous structure for carbon material. The prepared PC showed large specific surface area and 3D porous structure and exhibited good capacitance and electrochemical stability as electrode materials for supercapacitor.     

超级电容器电极用N-掺杂多孔碳材料的研究进展

多孔碳材料作为双电层电容器的主要电极材料,已成功应用于商业化超级电容器。但作为电极材料,纯碳材料表面疏水、内阻较大、电容较低等缺点使其进一步发展受到制约。近年来,随着超级电容器的迅速发展,氮掺杂多孔碳材料作为其电极材料引起研究人员的广泛关注,并采用不同的制备方法成功合成了一系列结构不同、性能优异的氮掺杂碳材料。基于超级电容器氮掺杂多孔碳电极材料的最新研究进展,首先介绍了氮在碳材料中的基本存在形式及对碳电极材料性能的影响,然后重点评述了氮掺杂碳电极材料的制备,最后总结了超级电容器氮掺杂碳材料的发展趋势。     

对苯二酚增强纤维素/石墨烯电极的制备

目的 以纳米纤维素气凝胶为骨架,对苯二酚为增强相,并加入还原氧化石墨烯,制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合电极薄膜,将其应用于超级电容器。方法 采用超声处理制备纳米纤维素/氧化石墨烯混合溶液;在高温高压的环境下,加入对苯二酚,采用水热合成法和冷冻干燥法制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯气凝胶,并最终制成电极膜。结果 在纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合气凝胶中,石墨烯可将纳米纤维素均匀包裹,形成三维多孔网络结构;纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合电极具有良好的电化学性能,在1 mol/L的H2SO4溶液中,当电流扫描速率为1 mA/cm2时,超级电容器比面积电容高达1.621 F/cm2,且在2000次循环测试后,电容保留率为88.3％。结论 以纳米纤维素为基体制备的纳米纤维素/还原氧化石墨复合电极具有良好的电化学性能,可以用作超级电容器电极。     

Porous graphene paper for supercapacitor applications

Graphene paper shows a great promise for the electrical energy storage. However, the high stability, purity and specific surface area have become stringent requirements for supercapacitor applications. Finding methods to tackle these problems is rather challenging. Here, we develop a facile method to prepare porous graphene papers with a thickness 0.5 mm by a thermal shock to the layer-structure graphene paper self-assembled on Cu foil under nitrogen flowing. The as-prepared porous graphene paper exhibits a large specific capacitance of 100 F g~(-1)at the scan rate of 100 m V s~(-1)with high stability and purity without any residual chemical reagents, showing a promising potential for supercapacitor applications. The high electrochemical properties are mainly attributed to the high-specific area and the improved conductivity of the porous graphene paper performed by the multieffect of reducing, cleaving and expanding to the layer-structure graphene paper by high-energy thermal heating during the thermal shock process. This work paves a pathway to the facile preparation of porous graphene paper for supercapacitor applications.     

Scalable 2D Hierarchical Porous Carbon Nanosheets for Flexible Supercapacitors with Ultrahigh Energy Density

2D carbon nanomaterials such as graphene and its derivatives, have gained tremendous research interests in energy storage because of their high capacitance and chemical stability. However, scalable synthesis of ultrathin carbon nanosheets with well‐defined pore architectures remains a great challenge. Herein, the first synthesis of 2D hierarchical porous carbon nanosheets (2D‐HPCs) with rich nitrogen dopants is reported, which is prepared with high scalability through a rapid polymerization of a nitrogen‐containing thermoset and a subsequent one‐step pyrolysis and activation into 2D porous nanosheets. 2D‐HPCs, which are typically 1.5 nm thick and 1–3 µm wide, show a high surface area (2406 m² g^?1) and with hierarchical micro‐, meso‐, and macropores. This 2D and hierarchical porous structure leads to robust flexibility and good energy‐storage capability, being 139 Wh kg^?1 for a symmetric supercapacitor. Flexible supercapacitor devices fabricated by these 2D‐HPCs also present an ultrahigh volumetric energy density of 8.4 mWh cm^?3 at a power density of 24.9 mW cm^?3, which is retained at 80% even when the power density is increased by 20‐fold. The devices show very high electrochemical life (96% retention after 10000 charge/discharge cycles) and excellent mechanical flexibility.     

3D打印石墨烯制备技术及其在储能领域的应用研究进展

石墨烯优异的力学和物理性能使其成为理想的储能材料。因结构精确可控,易实现规模化制备,3D打印石墨烯材料有望在储能领域得到广泛应用。本文全面综述了3D打印石墨烯制备技术及其在储能领域的应用研究进展。石墨烯墨水的黏度和可打印性是实现石墨烯3D打印的制约因素。实现工艺简单、浓度可控、无黏结剂石墨烯墨水的规模化打印将成为3D打印石墨烯制备技术未来的研究热点。石墨烯超级电容器、锂硫电池、锂离子电池等储能元件一体化打印成型是3D打印石墨烯在储能领域应用的发展方向。     

多孔陶瓷的直写成型工艺研究进展

多孔陶瓷内部含有大量三维孔隙,具有轻质、高强、高比表面积、低导热系数等特性,但是多孔陶瓷的传统制备工艺对结构和性能的可控性较低,很难满足先进能源、航空航天、电子信息等领域的发展对多功能高性能材料的需求。直写成型工艺是一种制造成本低、材料使用性广、技术可拓展性高的3D打印工艺,不仅可以直接制备具有轻量化特点的多孔陶瓷,而且结合其他工艺可以实现多孔陶瓷的层级结构和多功能化,有望实现设计与制造、材料与器件、结构与功能的一体化。介绍了直写成型法3D打印多孔陶瓷的工艺原理,综述了直写成型法直接制备多孔陶瓷、直写成型结合乳液/泡沫法和冷冻干燥法制备层级多孔陶瓷的研究进展。由于工艺柔性高,直写成型法能够与其他方法良好融合,以制备具有特殊结构和性能的多孔材料,尤其是兼顾高强度、高孔隙率和形状可控性的层级多孔陶瓷。最后,总结了目前直写成型工艺制备多孔陶瓷的优势和不足,并对打印材料性能、打印设备和主要应用领域的发展进行了展望。