三维碳纳米管阵列/石墨烯的制备及在电池和超级电容器中的应用

石墨烯是一种由碳原子以sp~2杂化轨道结合,呈六角型蜂巢晶格的二维平面材料,是构成碳质材料的基本单元。石墨烯是目前强度最大、导电导热性能最强的材料,在传感器、电池和超级电容器等领域有广泛的应用。但是在电池和超级电容器应用中,石墨烯与电解液的接触面积仍比较小,一维碳纳米管阵列垂直生长在石墨烯平台上,形成三维碳纳米管阵列/石墨烯,可进一步扩大石墨烯与电解液的接触面积同时产生协同效应,显著提高电池和超级电容器的性能。综述了三维碳纳米管阵列/石墨烯的制备方法及在电池和超级电容器中的应用。     

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。     

三维石墨烯材料的制备及在超级电容器中的应用现状

三维石墨烯材料(3DGMs)具有独特的三维多孔网络连通结构,大的比表面,良好的光、电、热、力学等性质,是理想的超级电容器材料,应用前景广泛。介绍了3DGMs的制备方法,综述了以化学生长法和化学气相沉积法制备的高质量、大比表面积3DGMs在超级电容器方面的应用现状,并对其未来发展趋势进行了展望。     

石墨烯基超级电容器的发展现状与战略研究

超级电容器兼具普通电容器和化学电池的优点,具有功率密度高、可快速充放电、循环寿命长等显著优势。电极材料是发展具有优异性能超级电容器的关键材料。石墨烯凭借其优异的力学、电学、热学等性能成为超级电容器理想的电极材料。本文首先基于对石墨烯基超级电容器相关学术论文、专利的统计分析,讨论了石墨烯基超级电容器的发展现状与方向;其次,简要阐述了石墨烯基超级电容器在国内的产业发展现状,讨论了石墨烯基超级电容器未来发展所面临的难点与挑战,并在此基础上提出了未来发展的方向与建议。     

石墨烯在超级电容器中的研究进展

石墨烯因其优异的物理、化学性能,自发现以来一直是研究的热点。介绍了石墨烯作为超级电容器电极材料的优势,简单阐述了超级电容器的分类和机理,重点分析了特殊结构石墨烯单质材料、石墨烯复合材料作为超级电容器电极材料的研究进展。     

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.     

三维石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

目的 三维石墨烯在实际应用中所呈现的性能与其理论模拟结果相差甚远,目前尚无系统的原因分析和改进方法总结,回顾三维石墨烯的发展历程及近几年国内外研究进展是必要的,为三维石墨烯在工业设计和生产制备超级电容器电极活性材料中的应用提供参考.方法 综述三维石墨烯的制备方法,阐述其在超级电容器中应用的研究,针对三维结构塌陷问题的解决办法、杂原子掺杂提高材料整体比电容及石墨烯基电容器的理论模拟等方面进行总结.结果 三维石墨烯的制备方法主要有自组装法和模板法,自组装法还原度普遍较低,电容值一般为100～300 F/g;模板法制备的石墨烯比表面积可达500 m2/g以上;多元素掺杂体系在高电流密度下的电容保持率普遍不足80％;关于分级多孔结构的理论模拟研究不足.结论 制备分级多孔结构的三维石墨烯、多元素掺杂体系理论研究、非对称超级电容器的研究及应用将受到学者的关注.     

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。     

石墨烯基复合超级电容器材料研究进展

石墨烯基复合材料因其优异的性能广泛应用于各个领域,尤其在超级电容器的研究中。本文对石墨烯基复合超级电容器材料的结构进行了分类,并分别从石墨烯-碳基复合材料、石墨烯-导电高分子复合材料、石墨烯-过渡金属化合物复合材料的角度,总结了不同石墨烯基复合超级电容器材料的研究进展,重点强调了优化电极结构和提高电极性能之间的关系。同时,概述了石墨烯基复合材料在锂离子电池、太阳能电池、催化等其他方面的应用。获得高能量密度、功率密度以及长循环寿命的超级电容器是其作为电极材料的发展趋势。     

石墨烯基柔性超级电容器复合电极材料的研究进展

近年来,便携式和可穿戴电子设备呈现出跨越式发展,为了使可穿戴电子器件更加灵活、轻巧、智能并完全实现产品化,就需进一步探求与之匹配的具有薄、轻、柔特点的储能装置。超级电容器由于具有功率密度高、循环寿命长、机械强度高、安全性好和易于组装等优点,受到研究者的广泛关注。然而,传统的超级电容器一旦受到外力发生变形,储能特性会极大降低甚至丧失。电极材料是电容器的核心部分,因此研制出高柔韧性和储能特性出众的电极材料是有必要的。石墨烯因具有大比表面积,优异的力学、电学性能而成为用于柔性超级电容器的有吸引力的电极材料。赝电容材料可提供高比电容,但其导电性差、稳定性低,因此研究者将石墨烯与赝电容材料相融合作为电极材料,充分发挥各自优势,不仅克服了石墨烯片层间易团聚的缺点,还可提高柔性超级电容器的整体能量密度。由于二维石墨烯片层易堆叠,电子传导能力受到限制,目前更多的研究工作致力于三维多孔网状结构的石墨烯材料。本文突出介绍了石墨烯的两个重要角色:(1)与电化学活性物质复合作为活性材料;(2)作为沉积活性物质的导电柔性基体。因此,功能多样化的石墨烯在制备柔性电极中有很大的潜力。通过化学沉积、浸涂、水热等工艺将具有高电导率的石墨烯直接作为柔性基底,或与赝电容材料键合附着在柔性基体上,制备基于石墨烯的柔性电极材料。本文介绍了超级电容器的储能原理和石墨烯在柔性超级电容器领域的应用状况,着重总结了石墨烯/过渡金属氧化物、石墨烯/导电聚合物复合电极材料在柔性超级电容器方面的研究进展;解析了柔性超级电容器电极材料仍然面临的挑战,并对其未来的发展进行了展望。     

三维石墨烯的可压缩性能及在超级电容器中的应用

以氧化石墨烯为原料,通过水热反应和高温焙烧过程制备了三维石墨烯柱状体材料。采用机械力学测试方法分析三维石墨烯的可压缩性能,将其作为超级电容器的电极材料测试其电化学性能。结果表明,三维石墨烯呈多孔网状结构,具有良好的可压缩性能和机械性能。电极片厚度为2 mm,铝塑外包尺寸为5 cm×6 cm的对称超级电容器在电流密度为0.1 A/g下比电容为175 F/g,在电流密度为1 A/g下充放电循环10 000次后比电容保持率为81.9%。在加载不同大小压力压缩状态下,其保持了良好的电容性能。     

基于专利分析的石墨烯超级电容器技术发展趋势研究

利用Thomson Innovation数据库收录的全球石墨烯超级电容器领域的专利文献数据,研究了石墨烯超级电容器技术领域专利申请的整体态势、重点技术分布、地域分布、主要申请人和核心专利,全面揭示了石墨烯超级电容器的技术创新现状和发展趋势。研究发现:石墨烯超级电容器技术正处于快速发展阶段。超级电容器及其制造、电极及电极材料制备两个方向是研发热点。中、美、韩、日既是主要技术来源地,又是主要的技术目标地,此外,欧洲市场也处于相当重要的位置。美、韩、日重视全球专利技术布局,而中国专利较多但偏重于国内申请。石墨烯超级电容器核心技术主要掌握在美国手中。     

石墨烯基材料在超级电容器中的应用研究进展

石墨烯作为一种新型的碳材料,具有优异的物理、化学及力学性能,如导热导电性能良好、比表面积大及机械强度高,这些特性使其成为应用在电化学领域中的理想材料.总结了超级电容器用石墨烯材料的主流制备方法,综述了最近几年石墨烯及其复合材料在超级电容器中的应用研究进展,并展望了其未来的应用前景.     

用于超级电容器的高性能石墨烯/CoMoO4复合电极

高性能超级电容器电极材料的开发对于缓解当前的能源危机势在必行,设计和优化混合过渡金属氧化物并研究电化学性能和循环寿命对于超级电容器的实际应用至关重要。在已开发的混合过渡金属氧化物中,由于电活性材料的导电率差并且与电解质的接触受限制,大大限制了所制备电极的电化学性能。我们在本文中提出了一种合成石墨烯/CoMoO_4纳米片的有利设计,使活性材料均匀生长在三维石墨烯泡沫的网状骨架上,充分提高了活性材料的利用率,其独特的结构也增加了电活性材料与电解质界面之间的接触,使赝电容反应充分发生。由于石墨烯的高电子传输速率和CoMoO_4纳米片的高活性,三维复合电极具有出色的电化学性能,具有相对较高的面积比电容(在1 mA cm~(-2)下为2 737 mF cm~(-2))和出色的循环稳定性(在10 mA cm~(-2)下进行4000次循环后,保留原始比电容的81.76%)。这些出色的结果表明,石墨烯/CoMoO_4纳米片复合材料具有巨大的潜力,可作为高性能超级电容器的电极材料。     

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。     

基于3D打印的三维石墨烯基电极研究进展

超级电容器是一种高性能的能量存储设备，因具有高功率密度、快速的充放电速率、高安全性能、优异的循环稳定性和较宽的工作温度范围等优点备受人们关注和青睐，并在清洁能源、电动汽车、无线通信、航空航天、军事和消费电子等领域得到了广泛的应用。电极材料是决定超级电容器储能性能的关键因素之一，开发新型、高效电极材料的已成为国内外研究的热点。传统电极材料经过长期的发展虽取得了一些技术革新和突破，但仍存在碳基电极容量不大、过渡金属化合物导电性不高、导电聚合物循环稳定性不足等缺点。石墨烯是一种由单层碳原子构成的碳纳米材料，具有优异的物理化学性能，是超级电容器电极材料的新宠。三维石墨烯不仅能保留单层或少数层石墨烯独特的物理化学性质，而且具有低密度、多孔性、高度连通结构和微反应环境等特性，在超级电容器领域备受关注，比石墨烯具有更加广泛的应用前景。目前，三维石墨烯的制备方法主要有湿化学技术、CVD技术和3D打印技术等。其中，3D打印技术凭借其在空间构型设计和化学组成优化方面的独特优势，在生物医药和能源器件等领域迅速发展。基于3D打印的石墨烯基材料不仅具有良好的孔道分布和优异的力学性能，而且其独特的3D打印结构还能...     

微波辅助制备石墨烯/裂解碳三维复合气凝胶及其在超级电容器中的应用研究

采用微波辅助的方法制备了氧化石墨烯/多巴胺复合三维凝胶结构,经过高温煅烧后得到具有丰富孔道结构的石墨烯/裂解碳三维复合凝胶结构。通过电镜发现经过微波辅助得到的三维凝胶结构中具有大量的三维连续孔道结构,为电解液在电极材料中的传递提供了丰富的路径,经过电容测试发现该结构具有优异的电化学超级电容器性能。     

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。     

芯片储能用石墨烯基平面微型超级电容器

正由德国马普学会高分子研究所吴忠帅博士、冯新亮教授和中国科学院金属研究所成会明研究员共同撰写的综述文章"芯片储能用石墨烯基平面微型超级电容器的研究进展"已在《国家科学评论》2014年第2期发表。这篇综述性论文简述了微型超级电容器的发展历史,阐述了以石墨烯为代表的碳基材料在平面微型超级电容器方面的电极结构设计与组装构建基本原理,并重点介绍了典型的芯片储能用石墨烯材料