石墨烯基材料在超级电容器中的研究进展

超级电容器作为一种新型的储能器件,具有广泛的应用前景。石墨烯基材料表现出优异的电化学性能,在超级电容器电极材料方面具有潜在的应用价值。文章简单对石墨烯/碳,石墨烯/金属氧化物,石墨烯/导电聚合物等三类石墨烯基超级电容器电极材料进行简单论述。     

石墨烯基超级电容器电极材料的制备及研究进展

超级电容器是一种介于普通电容器和化学电池之间的储能器件,兼具两者的优点,如功率密度高、能量转换效率高、循环寿命长、可快速充放电和对环境无污染等特性。而作为超级电容器的关键部分,电极材料在很大程度上制约着其电化学性能,所以电极材料的优化一直是超级电容器研究的重点。石墨烯由于其拥有独特的二维结构和杰出的物理性质,如高导电率、比表面积大等,所以与传统的超级电容器电极材料相比,石墨烯基材料展现出了巨大的应用潜力。     

基于氧化锌和石墨烯超级电容器材料的研究进展

超级电容器是一种间于化学电池和普通电容器之间的新型储能器件,具有广阔的应用前景。而电极材料是决定超级电容器性能好坏的关键因素之一。文章阐明了氧化锌/石墨烯复合材料作为超级电容器电极材料的优势,从氧化锌/石墨烯复合材料的制备工艺及特点两方面分别介绍了国内外氧化锌/石墨烯复合材料的研究进展,对氧化锌/石墨烯复合材料的研究发展趋势进行了探讨。     

抽滤法制备的石墨烯膜用于超级电容器

近年来,能源紧缺和环境污染等问题越来越严重,环境友好型新能源的发展和新型高效的储能设备的开发迫在眉睫。现有制备电极的主要方法是通过将粘结剂与活性物质混匀后,再刮涂在集流体的表面,用这种方法制备的电极,电极的非活性物质质量增加,降低了电极整体的比容量。因此,独立自支撑电极的研究和开发尤为重要。本文利用石墨烯和硫酸电解液充分混合后抽滤成膜,得到了电极致密结构层间得到致密结构石墨烯薄膜电极。厚度约为30μm的石墨烯薄膜,用于超级电容器。电极致密结构层间存在的硫酸电解液实现了电极材料和电解液的充分接触。基于这种石墨烯膜的超级电容器,其体积能量密度达到115 F·cm-3。     

硫、氮共掺杂三维石墨烯的全固态超级电容器

石墨烯以其超高导电性和超大比表面的独特优势常被应用于对称超级电容器的电极材料，然而二维石墨烯纳米片层间的范德华力容易导致片层堆叠。并且水溶液作为电解质组装的超级电容器在充电过程中可能发生水分解反应导致充电电压受限从而极大地降低它的能量密度。基于此，本研究采用水热法制备了硫、氮共掺杂的三维石墨烯气凝胶电极材料，研究了石墨烯材料的微观形貌、表面化学性质及水热反应时间对材料电化学性能的影响。结果表明：S,N-rGO-2具有发达的孔结构和高含量的杂原子。在5mV/s的扫描速率下比电容高达358.5F/g，使用固态电解质组装的全固态超级电容器充电电压可以达到1.8V，在1A/g的电流密度下比电容高达118.3F/g，能量密度达到14.9Wh/kg，并且10000次充/放电后的比电容保留率和库仑效率均接近100%。S,N-rGO-2表现出优异的双电层电容性能，可作为有潜力的超级电容器电极材料。     

二氧化锰基超级电容器研究进展

超级电容器又称电化学电容器,是一种比传统电容器能量密度高,比二次电池功率密度高的新型储能装置。目前被广泛应用于消费电子、交通工具、军事等多个领域。电极材料作为超级电容器的核心部件,决定着整个器件的电化学性能。文章综述了二氧化锰(Mn O2)基超级电容器的研究进展,指出了其未来发展方向。     

石墨烯基复合电极在非对称超级电容器中的研究进展

非对称超级电容器(ASCs)因电化学性能更为优异而成为近几年来的研究热点,石墨烯作为一种新颖的二维碳材料,具有比表面积大、导电性高、力学性能好和化学稳定性优异等优点,是非对称超级电容器复合电极的一类理想载体材料。本文综述了近几年来石墨烯基复合电极在非对称超级电容器中的应用状况,认为比表面积更大、导电性更好的石墨烯将会促进石墨烯基复合电极在超级电容器中的应用与发展,也会提高石墨烯基非对称超级电容器的性能。指出将金属氧化物、导电聚合物、金属氢氧化物以及金属硫化物纳米化,使之兼具大的有效面积、丰富的氧化还原活性位点等特点,从而提高复合材料的比电容,是石墨烯基复合电极的研究重点。     

二氧化锰基非对称超级电容器的研究进展

非对称超级电容器(ASCs)是由两个不同的电极组成,因其可使器件的工作电压最大化,从而提高其能量密度,而备受关注。二氧化锰(MnO_2)的理论比电容高、价格低、储量丰富和环境友好性等特征,是一种理想的超级电容器活性电极材料。本文综述了ASCs的组装原则及MnO_2水系、固态非对称超级电容器的研究进展,并展望了提高MnO_2基超级电容器能量密度的研究策略。     

锂离子电容器碳正极材料的研究进展

锂离子电容器是一种采用电容型正极材料、电池型负极材料进行组装的储能器件,结合了锂离子电池与超级电容器两者的优点,兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命。但是由于锂离子电容器还存在正负极动力学过程以及容量不匹配的问题,大大影响了锂离子电容器的电化学性能。通常锂离子电容器的功率密度取决于负极材料,而能量密度取决于正极材料,因此为提高锂离子电容器的能量密度,还需发展具有高比容量和高导电性的正极材料。目前,碳材料因具有低成本、来源广泛、高比表面积和丰富的孔道结构等特点,是一种极具应用潜力的电极材料。综述并分析了各种碳材料(包括活性炭、模板炭、石墨烯和生物炭等)作为锂离子电容器正极材料的电化学性能与优缺点,最后对锂离子电容器正极材料的研究提出了建议与展望。     

大连化物所开发新概念锂离子微电容器

正中科院大连化物所吴忠帅研究团队、包信和院士团队与清华大学深圳研究生院副教授贺艳兵合作,开发出一种具有高能量密度、良好柔性、优异高温稳定性及高度集成化的全固态平面锂离子微型电容器。传统锂离子电容器由于具有锂离子电池的高能量密度又具有超级电容器的高功率密度而备受关注。然而,其三明治堆叠结构的器件构型却限制了其机械柔性、高温性能以及模块化集成能力。该研究团队以高导电石墨烯为集流体,以高电压离子凝胶作为电解质,以纳米钛酸锂为负极和活化石墨烯为正极,     

二氧化锰基纳米复合材料电极在超级电容器应用中的研究进展

超级电容器是一种具有高的功率密度、良好的循环稳定性和快的充放电速率的储能器件。与传统的电容器相比,由于受到较高的成本和较低能量密度的限制,超级电容器目前仍很难替代传统能源。在此前提条件下,寻求一种电化学储能能力更强、成本更低的电极材料是目前超级电容器电极材料的研究重点。二氧化锰由于其价格低廉、来源广泛和能量密度高的优点成为当前研究最为广泛的电极材料之一。该文以二氧化锰基的纳米复合材料为研究对象,从二氧化锰的制备与改性方法的角度出发,总结了当前二氧化锰基的纳米复合材料在超级电容器方面的应用研究进展,并对未来的发展趋势提出了展望。     

EES:构建类金刚石键的氮掺杂石墨烯,实现前所未有的高功率能量密度

超级电容器是一种具有充放电速度快、循环寿命超长的储能设备,但是能量密度很低。在众多超级电容器材料中,碳材料由于显著的环境优势和可持续性受到广泛关注。对碳材料的研究重点多为创造高比表面积并已取得了很好的效果,但为了获得更高的能量密度,提升活性物质的质量密度也是重要方式。此外,以往研究中利用石墨烯相关结构的开放框架结构已经开发出了能量为110 W h/L、功率为1 kW/L的超级电容器。然而这在能量密度方面仍然与电池具有差距,需要进一步研究并开发更高性能的碳基材料。     

金属-有机框架在离子电容器中的应用与研究

离子电容器作为一种新型储能器件,其兼具了超级电容器的大功率密度与电池的高能量密度的特性,在便携式电子产品和混合动力电动汽车等储能领域中有着广泛的应用前景.作为离子电容器的核心组件,其电极材料的性能直接决定了整个器件的性能.因此,为进一步推动离子电容器的发展,开发出性能优异的电极材料势在必行.其中,金属-有机框架材料(M...     

螺旋碳管插层还原氧化石墨烯制备自组装超级电容器

石墨烯基超级电容器电极面临着层间堆叠的问题，使用独特的螺旋碳管（HCNTs）插层还原氧化石墨烯（rGO），采用自组装的方法构建3D全碳网络，直接用于无黏结剂的超级电容器电极（rGO&HCNTs），可有效减少石墨烯的堆叠。rGO包裹具有类弹簧结构的HCNTs，这种3D网络极大地增加了电极的比表面积，提高了电荷转移速率，并且全碳结构具有较好的稳定性。rGO&HCNTs电极在0.25 A/g的电流密度下，表现出296 F/g的比电容，在1 A/g的电流密度充电/放电循环3 000圈之后，比容量为初始的89%。这种复合材料是高性能超级电容器及柔性电极的潜在候选材料。     

石墨烯制备电容器电极材料方面的研究进展

超级电容器性能很大程度上取决于电极材料。石墨烯复合材料因其较高的比表面积,良好的导电性能和较强的稳定性,是超级电容器电极领域的研究热点。本文综述了石墨烯的研究历程、石墨烯的制备方法、多种石墨烯复合材料的制备和性能,并对石墨烯在电容器电极材料方面的发展趋势进行了展望。     

偏钒酸根掺杂的NiCo-LDH电极的制备及性能研究

超级电容器是近年来电化学储能器件研发的热点之一，其电极材料对其性能起决定性作用。为了合成具有优异超电容性能的NiCo基二维层状双氢氧化物(LDH)电极材料，首先通过一步水热法在泡沫镍网表面制备NiCo-LDH纳米阵列；然后在水-乙二醇体系下，通过二次溶剂热反应，制备偏钒酸根掺杂的NiCo-LDH纳米阵列；最后，通过碱转化得到性能优异的电极材料。用此电极与活性碳组装成全固态不对称超级电容器件，在电压为0～1.8 V、功率密度为9 mW/cm²时，器件的能量密度达0.416 mW·h/cm²，且具有良好的循环稳定性。     

活性炭电极表面掺杂改性研究进展

活性炭作为超级电容器电极材料,具有众多优点,但还存在着能量密度低的特点。电极的能量密度反应了超级电容器的放电能力,为了提高活性炭电极材料的能量密度,增加其比电容是目前研究的重点。本文介绍了表面掺杂O、N、P、B等元素以及其他元素共掺杂改性活性炭,详细的阐述了各元素掺杂对活性炭表面性质及其电化学性能的影响,为提高活性炭电化学性能提供了参考。     

MCMB在超级电容器中的研究进展

超级电容器作为一种新型储能器件，具有快速充放电，高功率密度，长循环寿命的优势，在混合电动汽车、机械设备、智能电网等领域具有广泛的应用，但是较低的能量密度限制了其进一步发展。电极材料是超级电容器重要的组成成分，而碳材料由于其储量丰富、结构多样、成本低廉，是目前超级电容器使用最多的电极材料。在众多碳材料中，中间相炭微球(MCMBs)作为锂离子电池常用的负极材料，在超级电容器中也具有广泛的应用。本文综述了MCMB的制备，改性方法及其在超级电容器中的应用进展。     

二氧化锰/石墨烯复合电极材料

MnO2是一种极具潜力的超级电容器用电极材料,但因其结构形貌复杂多变、电导率较差,限制了其电化学性能的发挥。石墨烯虽然具有高电导率和大的比表面积等优良特性,但是石墨烯的堆叠聚集降低了其有效比表面积和电导率,导致其实际比电容远远低于理论值。针对这一问题,将MnO2和石墨烯相结合可以提高石墨烯的有效比表面积和比容量,充分利用各自的性能相互补偿,以提高复合电极的电化学性能。综述了MnO2/石墨烯复合电极的制备方法和研究现状,同时提出了MnO2/石墨烯复合电极的发展建议。     

石墨烯在超级电容器电极材料中的应用

石墨烯由于其独特的二维结构和优异的物理性质,如高电导率、高比表面积等,是目前最具潜力的超级电容器的电极材料之一。本文综述了石墨烯作为超级电容器电极材料的研究进展,包括石墨烯的改性与结构设计、石墨烯与赝电容电极材料复合(如金属氧化物和导电聚合物)、石墨烯与其他炭材料复合等。并对石墨烯应用到超级电容器电极材料中存在的问题展开了讨论。