煤基三维石墨烯基电极在不同电解液中的电化学性能

三维石墨烯材料具有独特的多孔网络连通结构,大的比表面积,良好的光、电、热、力学等性质,被认为是理想的电极材料。以廉价煤炭为原料,通过催化热处理、化学氧化及水热还原等技术制得三维煤基石墨烯宏观体;采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱等检测手段对样品形貌及结构进行表征;并进一步通过恒电流充放电(GCD)、循环伏安(CV)及交流阻抗(EIS)等技术研究了三维石墨烯材料在碱性(6mol/L KOH)、酸性(1mol/L H_2SO_4)及中性(1mol/L Na_2SO_4)_3种水系电解液中的电化学性能。结果表明,三维煤基石墨烯材料在酸性和碱性电解液中具有较高的比电容;其中,在6mol/L KOH水系电解液中的比电容高达288.9F/g,并具有较好的稳定性,充放电循环1 000次后材料的电容保持率为91.6%。     

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。     

RuO_2/石墨烯纳米复合材料的合成及其电化学性能

通过水热反应和高温焙烧方法制备了负载RuO_2纳米粒子的石墨烯纳米复合材料(RuO_2/G)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构和形貌进行了表征。结果表明,在复合材料中,平均粒径为3.6nm的RuO_2纳米粒子均匀地负载在石墨烯片层上。该材料作为超级电容器的电极材料,表现出了良好的电容性能。当RuO_2的质量分数为35%时,在6mol/L KOH电解液中,复合材料的比电容为402.5F/g,且表现出了较高的能量密度(14 Wh/kg)和功率密度(50 W/kg)。该复合材料体现了石墨烯双电层电容和RuO_2赝电容的性质,为性能优异的储能材料。     

石墨烯接枝聚吡咯复合物的原位合成及其电容特性研究

采用化学接枝法原位合成了石墨烯接枝聚吡咯复合物, 对复合物的结构、形貌、导电率以及比电容值进行了测试和表征。结果表明制备的石墨烯接枝聚吡咯复合物中, 石墨烯与吡咯单体间产生了紧密的化学键结合, 吡咯在石墨烯层片上均匀分布, 石墨烯片层间的吡咯大量成链并与石墨烯层片相互连接, 测得复合物的电导率为3.32 S/cm, 比电容值可以达到284 F/g, 相比于纯聚吡咯的186 F/g的比电容值提高了52%, 具有优异的电容特性。     

纳米MoS2及MoS2-RGO纳米复合材料的制备与电化学性能研究

高性能电极材料的开发是推广新型储能器件的核心所在。二硫化钼(MoS_2)呈现类石墨烯结构,其二维层间具备良好的电荷储存能力。然而MoS_2本身导电性能较差,用于电极材料时需要与其它材料复合以提升导电性能。采用水热法,并分别选用抗坏血酸和硫脲作还原剂,制备得到两种不同形貌结构的纳米二硫化钼。以石墨烯为模板,采用水热法在石墨烯表面生长纳米结构MoS_2,制备得到二硫化钼-还原氧化石墨烯(MoS_2-RGO)纳米复合材料,通过循环伏安测试(CV)和恒电流充放电测试(CP)考察了复合材料的电化学性能。实验结果表明,MoS_2-RGO纳米复合材料呈现平面双电层电容性能,电流密度为1 A/g时,其比电容值达136.2 F/g。     

石墨烯/炭气凝胶的制备及其结构与性能研究

以间苯二酚(R)和甲醛(F)为炭前驱体原料, 通过溶胶-凝胶法制备石墨烯/炭气凝胶复合材料。采用XRD、Raman、SEM和N₂吸附/脱附等对样品进行结构表征。结果表明: 石墨烯为R和F的聚合提供形核场所, R和F首先在氧化石墨烯(GO)表面聚合, 随着RF含量的增加, 复合炭气凝胶(RF)结构从石墨烯薄片层为骨架的三维网络, 经RF基炭球包裹于石墨烯的网络结构, 最终转变为球形团簇交联的三维网络。石墨烯/炭气凝胶复合材料的比表面积随着RF的增加先增大后减小。当GO与RF质量比为1︰100时, GO/RF-100用作超级电容器电极材料, 在6 mol/L KOH电解液中的比电容达169 F/g, 具有较好的电容特性。     

超级电容器用石墨烯的制备与性能研究

在高浓度硫酸铵溶液中还原制备了石墨烯,对石墨烯的结构与形貌以及电化学性能进行表征。以硫酸铵作为液相中还原石墨烯的添加剂,在还原时能够有效防止还原石墨烯结块,保持良好的片状结构。还原石墨烯的比表面积达到了615m2/g,内部孔径分布在2.2nm到20nm的范围内,主要集中在2.5nm左右。片状多孔石墨烯最大比电容达到了191F/g,2000次充放电测试之后,比电容依然能保持在首次循环的95%以上。     

石墨烯基导电纸的制备及性能研究

以茶多酚/铝片作为还原剂,通过对氧化石墨烯(GO)还原制备石墨烯(RGO),并将石墨烯与纤维素复合制备石墨烯基导电纸;在分析石墨烯结构特征的基础上,研究了石墨烯与纤维素配比、石墨烯基导电纸定量、弯折次数及角度对导电纸性能的影响,并对石墨烯基导电纸的电容性进行了测试。结果表明,茶多酚/铝片可有效还原氧化石墨烯,石墨烯的sp2电子共轭结构得到有效重建;当纤维素/石墨烯为1:1、定量为72 g/m2时,石墨烯基导电纸方阻为66.33Ω/sq,弹性模量高达1234.00 MPa。石墨烯基导电纸具有优异的柔性及导电稳定性,在反复弯折及90°及-90°的条件下,其电阻比值均在1.0左右;石墨烯基导电纸的面积比电容为5.47 m F/cm2,具有较好的电容性。     

高性能聚苯胺/石墨烯复合材料的制备及在超级电容器中的应用

采用化学氧化法制得氧化石墨烯(GO),再用NaBH4还原得到石墨烯(GN);以二氧化锰为氧化剂,室温下通过化学氧化聚合法制备了聚苯胺/石墨烯复合材料(PANI/GN)。采用扫描电子显微镜(SEM)及X-射线衍射(XRD)对其结构和形貌进行了表征。以PANI/GN为活性物质制备电极,1.0mol/L H2SO4水溶液为电解液组装超级电容器,用循环伏安法(CV)和恒电流充放电技术分别测试了PANI/GN电化学性能,在0.1A/g的电流密度下的比容量为468.5F/g,经过1000次连续充放电,电容保持率为84.9%。与PANI、GN单一材料相比,PANI/GN复合物具有较高的比电容和很好的循环稳定性。     

基于聚吡咯/氧化石墨烯电极的MEMS微电容的性能研究

MEMS微电容具有高比容量、高储能密度和抗高过载等特点,在微电源系统、引信系统以及物联网等技术领域具有广泛的应用前景。设计制作了一种三维结构的聚吡咯/氧化石墨烯电极的MEMS微电容。该微电容由三维结构集流体、功能薄膜、凝胶电解质和BCB封装构成,其三维结构集流体是基于RIE刻蚀等微加工工艺加工实现的,而功能薄膜是通过电化学沉积工艺在集流体表面沉积聚吡咯/氧化石墨烯制备而成的,具有阻抗低、容量高、循环性能好的优点。电极的结构表征表明,聚吡咯中充分掺杂了氧化石墨烯,功能材料微观结构规整。器件电化学测试结果表明,放电电流为3mA时,MEMS微电容具有30μF的电容值,比容量达到7mF/cm2,在4000次充放电循环后,器件比容量仍保持在90%,电容量无明显衰减,具有稳定的电容性能和良好的循环性能。     

基于聚吡咯/氧化石墨烯电极的MEMS微电容的性能研究

MEMS微电容具有高比容量、高储能密度和抗高过载等特点,在微电源系统、引信系统以及物联网等技术领域具有广泛的应用前景。设计制作了一种三维结构的聚吡咯/氧化石墨烯电极的MEMS微电容。该微电容由三维结构集流体、功能薄膜、凝胶电解质和BCB封装构成,其三维结构集流体是基于RIE刻蚀等微加工工艺加工实现的,而功能薄膜是通过电化学沉积工艺在集流体表面沉积聚吡咯/氧化石墨烯制备而成的,具有阻抗低、容量高、循环性能好的优点。电极的结构表征表明,聚吡咯中充分掺杂了氧化石墨烯,功能材料微观结构规整。器件电化学测试结果表明,放电电流为3mA时,MEMS微电容具有30μF的电容值,比容量达到7mF/cm2,在4000次充放电循环后,器件比容量仍保持在90%,电容量无明显衰减,具有稳定的电容性能和良好的循环性能。     

高真空低温剥离法制备高储氢性能石墨烯

采用Hummers法液相氧化合成了氧化石墨(GO),通过高真空低温热膨胀法制备得到了高比表面积的石墨烯(GNS)材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等分析手段对石墨烯样品进行了表征。结果表明,石墨烯还原彻底,呈褶皱的片层状结构,缺陷少;BET测试及氢气高压吸附实验结果表明,通过高真空低温热剥离法制备的石墨烯材料比表面积高达908.3m2/g,并且拥有丰富的孔道结构;在温度为25、40和55℃,压力2500kPa条件下,氢气的吸附量分别达到了1.81%、0.995%和0.44%(质量分数),表明了石墨烯在储氢领域拥有着广阔的应用前景。     

石墨烯/热塑性聚氨酯导电复合材料的制备及压阻特性研究

采用硅烷偶联剂KH550对石墨烯进行接枝改性,采用溶液共混法制备改性石墨烯/热塑性聚氨酯(TPU)导电复合材料,并对复合材料的微观结构、电学性能及压阻特性进行测量和分析。研究表明:硅烷偶联剂KH550成功接枝至石墨烯的表面,分散性较好,复合材料的渗流阈值在石墨烯添加量为5%(wt,质量分数)附近,在石墨烯添加量为7%(wt,质量分数),压力为1.0MPa条件下,石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的均一化电阻为1.55,循环5次后的电阻为390Ω,具有较好的压阻重复性。     

热剥离温度对石墨烯结构及电性能的影响

以天然石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨(GO),再在200~700℃进行热还原,制备石墨烯。采用SEM、XRD和比表面积仪测试分析样品的微观结构和比表面积;并用恒流充放电测试仪测试样品的电容性能。研究表明:所得石墨烯具有片层结构,层间距为0.3783~0.3873nm,晶粒大小为2.030~3.359nm,层数均为5~9层;随着热还原温度的升高,石墨烯的层间距、晶粒大小和层数均逐渐减小,而比表面积逐渐增大。随着温度的升高,比电容先升高后降低,循环性能一直增加,400℃热还原的石墨烯首次放电比电容为318.6F/g,经过500次循环后容量保持率为54%。     

盐酸掺杂聚苯胺的电容性能研究

低温下化学氧化合成了盐酸掺杂聚苯胺,采用扫描电子显微镜、恒流充放电、循环伏安和交流阻抗技术研究了聚苯胺的形貌和电化学电容性能.结果表明,低温下合成的聚合物呈颗粒状堆积,颗粒粒径约300～500nm;电化学测试结果表明,电流密度为8mA/cm2时聚苯胺在酸性电解液中的单电极比电容高达512F/g,100次循环后比电容为初始容量的94.1%,循环性能良好.     

分形结构聚吡咯膜的界面聚合与电容特性表征

以Fe Cl3为氧化剂,通过界面聚合手段,制备了具有三维分型结构的聚吡咯(PPy)薄膜材料。研究在不同聚合温度下得到PPy薄膜的差异,并通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱以及循环伏安曲线进行结构和性能的表征。结果表明,聚合温度在0~30℃内对PPy分子结构影响不大,但对分子堆积的微结构作用明显;升高聚合温度,PPy比电容下降;聚合温度为0℃时,在1 mol/L Na NO3电解液中,扫描速率为50 m V/s时,PPy电极比电容为448.2 F/g,循环1000次后保持87.3%。     

氢等离子体与水合肼还原氧化石墨烯电容性能的比较

分别通过氢等离子体和水合肼对氧化石墨烯进行还原处理,制成两种不同的还原型氧化石墨烯。采用透射电子显微镜、X射线粉末衍射仪和拉曼光谱对其形貌和结构进行表征。根据循环伏安、恒电流充放电和电化学阻抗谱,并比较在1 mol/L硫酸中的超级电容性能。结果表明,水合肼还原可以形成良好的三维结构,增强石墨烯的离子扩散能力,并且还原程度高。氢等离子体还原耗时少、安全可靠,减少在还原过程中对石墨烯片层结构造成损害。当充放电电流密度为1 A/g时,氢等离子体还原氧化石墨烯的比电容值可以达到178 F/g,而水合肼还原氧化石墨烯比电容值达到了119 F/g。     

Co3O4/石墨烯复合物的水热合成及其超级电容器性能

采用水热法制备了Co3O4/石墨烯复合物,用XRD、FTIR和TEM测试了样品的结构和形貌,采用循环伏安法(CV)、交流阻抗和恒电流充放电测试分别研究了Co3 O4/石墨烯复合物电极的电化学性能.结果表明:石墨烯的掺入增加了Co3O4作为电极材料的可逆性,并降低了Co3O4纳米粒子与电解液的接触电阻和Warburg扩散阻抗.在6mol/L的KOH电解液中,复合物的比电容高达562F/g,1000次循环后比电容仅仅下降了2.6％.     

石墨烯基电容去离子电极材料的制备及其性能

石墨烯是2004年制备出的单层碳原子二维材料,具有比表面积大、导电性高等优点,近年来在电容去离子中作为电极材料的潜力逐渐受到关注。总结了自2009年第1篇相关文献发表以来石墨烯或其复合物(统称为石墨烯基电极材料)作为电容去离子电极材料的文献。首先总结了石墨烯基电极材料的制备技术;之后对石墨烯基电极材料的电极性能参数(比电容、比表面积、平均孔直径、导电性等)进行了归纳和比较;进一步讨论了不同石墨烯基电极材料应用于电容去离子的电吸附性能,并与其它碳电极材料作了对比;最后对石墨烯基电极材料用于电容去离子的研究方向作了展望。