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石墨烯基超级电容器电极材料研究进展中国科学院大连化学物理研究所 ?洁净能源国家实验室主要内容2007. 01超级电容器简介石墨烯在超级电容器中的应用总结与展望参考文献超级电容器简介二次电池能量密度高 传统电容器功率密度高充放电速度快循环寿命长工作温度范围宽环境友好超级电容器超级电容器简介法拉第赝电容器不对称电容器双电层电容器将双电层电容电极和法拉第赝电容电极相结合的新一代超级电容器 利用快速、高度可逆的化学吸附／脱附和氧化／还原反应储存能量利用高比表面积电极和电解质间形成的界面双电层电容储存能量超级电容器简介能量密度较低开发高比表面积的电极材料是提高性能的重要途径之一主要内容2007. 01超级电容器简介石墨烯在超级电容器中的应用总结与展望参考文献化学稳定性好理论比表面积大机械强度高电导率高石墨烯在超级电容器中的应用安德烈·海姆 被引用次数：11864 （Nov 2013）康斯坦丁·诺沃肖洛夫石墨烯很有潜力的超级电容器电极材料石墨烯在超级电容器中的应用机械剥离法外延生长法化学气相沉积法氧化石墨还原法工艺简单产量较高成本低廉石墨烯在双电层电容器中的应用多孔碳电极结构示意图双电层电容器充放电示意图电极材料有效表面积双电层厚度介质介电常数增加电极材料比表面积是提高电容的有效途径 石墨烯在双电层电容器中的应用KOH活化法制备高比表面石墨烯BET：3100 m2 g-1166 F g-16KOH + 2C ? 2K + 3H2 + 2K2CO32400 m2 g-1包含大量单层石墨烯形成三维多孔网络Y. Zhu et al. Science 2011, 332, 1537石墨烯在双电层电容器中的应用激光划片法制备微型超级电容器简易易放大EI-Kady, MF et al. Nat. Commun. 2013, 4, 1475 石墨烯在双电层电容器中的应用激光划片法制备微型超级电容器96%182 F g-1 (1 A g-1)高电导率(2.35×103 S m-1) 大比表面积(1500 m2 g-1)和相互交叉的电极结构有助于缩短电解液中离子的扩散迁移路径EI-Kady, MF et al. Nat. Commun. 2013, 4, 1475 石墨烯在双电层电容器中的应用自组装法制备平面超级电容器堆叠式平面式平面结构更加有利于电解质向电极内部的迁移扩散，有效提高石墨烯片层的利用率J. J. Yoo et al. Nano Lett., 2011, 11 , 1423–1427石墨烯在双电层电容器中的应用自组装法制备平面超级电容器247 F g-1 (394 μF cm-2)平面式堆叠式形状堆叠式(μF cm-2)平面式(μF cm-2)RMGO140394J. J. Yoo et al. Nano Lett., 2011, 11 , 1423–1427石墨烯在法拉第赝电容器中的应用石墨烯与金属氧化物间的协同效应包裹式锚定式胶囊式金属氧化物电极材料√ 能量密度高× 功率密度低 ?导电性差× 循环稳定性差 ?氧化还原过程 中结构变化层状式三明治式混合式金属氧化物/石墨烯复合材料结构模型Z. Wu et al. Nano Energy, 2012, 1, 107石墨烯在法拉第赝电容器中的应用单晶Ni(OH)2/石墨烯纳米片比电容高达1335 F g-1（放电电流：2.8 A g-1）Ni(OH)2纳米片直接生长并锚定于石墨烯表面，二者间的化学键和范德华力可以加速电子的传递H. Wang et al. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 7472石墨烯在法拉第赝电容器中的应用石墨烯锚定RuO2?H2O570 F g-1 （1mV s-1）281 m2 g-1108 m2 g-197.9%20 Wh kg-1石墨烯与RuO2之间的协同效应石墨烯表面含氧官能团对RuO2起锚定作用，抑制RuO2颗粒团聚锚定于石墨烯表面的RuO2可避免石墨烯片层堆叠Ru: 38.3 wt%Z. S. Wu et al. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 3595石墨烯在法拉第赝电容器中的应用原位聚合法制备石墨烯-聚吡咯复合电极材料S Bose et al. Nanotechnology, 22 (2011) , 295202石墨烯在法拉第赝电容器中的应用原位聚合法制备石墨烯-聚吡咯复合电极材料PPGNS20267 F g-1PPy137 F g-1石墨烯可以加速PPy环中α-C或者β-C原子的氧化和去氧化PPy在石墨烯表面的附着缩短了电解液中离子的扩散迁移路径石墨烯承担部分PPy氧化还原时的机械变形S Bose et al. Nanotechnology, 22 (2011) , 295202石墨烯在法拉第赝电