石墨烯超级电容器..

提升超级电容器性能的关键是选用合适的电极材料
什么是石墨烯
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状的新材料，碳原子之间相互连接成六角网格。 铅笔里用石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起。
什么是石墨烯超级电容器
相对于活性炭，石墨烯材料具有很高的比表面积和更加优异的导电性，其特 殊的平面二维结构使其具有更具丰富的微观结构。因此石墨烯非常适合作为 超级电容器电极材料
美国研制超级电池：几秒钟内完成手机 充电
美国科学家最新研制一种超级电池，它们被称为微型石墨烯超级电容， 其充放电速度比普通电池快1000倍； 这种超级电池是采用单原子厚度的碳层构成，能够很ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ易制造并整合 为器件，未来可以制造更加轻薄的手机。
科学家使用DVD烧 录技术制造微型超 级电池，其充放电 能力是普通电池的 上千倍
– 水系：酸性（硫酸）、碱性（KOH）和中性（硫酸钠）
– 有机系：季铵盐、锂盐、有机溶剂 – 凝胶：PVA/H2SO4、PVA/H3PO4
隔膜
– 涉及材料：多孔PE、PP
电极材料
超级电容器工作电 极所采用的电极材 料是进行能量储存 的关键，是决定超 级电容器性能的核 心影响因素
超级电容器和电池的比较
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石墨烯超级电容器
Graphene supercapacitor
理研1602 2016200927 程家兴
PART
超级电容器简介
石墨烯超级电容器简介
柔性固体石墨烯超级电容器简介
什么是超级电容器
传统电 容
超级电
容器
超级电容器
高能量密度 高功率密度
在不同的弯曲角度下，柔性固态超级电容器都具有大致相同 的电容行为，表明固态超级电容器具有优良的机械性能
柔性固体石墨烯超级电容器的循环周期
放置后的电容器电容比 刚制备出来的大，可能 是由于离子在SSG膜进 一步扩散的结果
在前2000次充放电过程中 电容缓缓下降，在循环 10000次后依然保持83% 的初始容量
探究柔性固体石墨烯超级电容器潜在应 用
研究人员通过两步旋涂方法制备 了具有高太阳能转化效率的钙钛 矿太阳能电池（PCE=14.12%）。 通过将钙钛矿太阳能电池与柔性 固体超级电容器结合制备了自充 电的电子设备，该设备可将太阳 能电池转化的太阳能储存在超级 电容器中供给电子设备使用。该 研究成果解决了太阳能电池的使 用受时间、天气和地理位置限制 的问题，也为柔性及可穿戴电子 设备提供能源供应。
石墨烯超级电容器存在的问题
与锂电池相比，能量密度低 单层石墨烯制备水平有限 更有效地利用极大的比表面积还存在难题 离子迁移电阻
石墨烯价格高，整体成本过高
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根据公式
Cs = 4(IΔ t )/(mΔ V )
计算电容，在电流密度为 0.5A /g时Cs ≈250F/ g。 在1 A /g的电流密度下， Cs保持在245 F/ g，这是其 原始值的98％。 此外，在 20A /g的电流密度下,固态 超级电容器仍然具有 ≈145F/g的Cs
柔性固体石墨烯超级电容器的机械性能
石墨烯超级电容器几大研究热点
石墨烯电极材料 的制备 石墨烯非对称电
• 外延法 • 机械剥离法 • 化学剥离法
• 二氧化锰/石墨烯符合材料
容器 石墨烯赝电容器
石墨烯双电层电 容器
• 官能团修饰石墨烯基电极 • 石墨烯/导电高分子复合物 • 石墨烯-金属氧化物/氢氧化物复合物
• KOH活化石墨烯 • 具有中孔结构的弯曲石墨烯 • 表面活性剂修饰石墨烯
什么是柔性固体石墨烯超级电容器
美国阿克伦大学高分子科学与工程学院巩雄教授与兰州大学功能有机分子化 学国家重点实验室张浩力教授合作，采用简单的抽滤方法制备了具有自支持 特性的石墨烯凝胶膜，该石墨烯凝胶具质量小、高柔性、高导电性的特点。 使用该自支持石墨烯电极组装制备了柔性固体超级电容器，该柔性固体超级 电容器具有优异的电容性能、好的循环稳定性及可弯曲的特性
电池
长循环寿命
超级电容器是介于传统电容和二次电池的一种电化学储能装置。
具有充放电时间短、使用寿命长、节约能源和绿色环保等特点。根据储存机理不同
可以分为双电层超级电容器、赝电容超级电容器和非对称超级电
容器。
超级电容器结构组成
集流体
– 作用：传递和收集电荷 – 涉及材料：石墨材料、泡沫镍、不锈钢网等
电解液
SSG（自堆叠溶剂化石墨烯）膜的制备
GO
CCG SSG
SSG（自堆叠溶剂化石墨烯）膜的制备
扫描电镜图表面SSG膜拥有光 滑的表面
横截面电镜图表明SSG膜有均匀 的层状结构
柔性固体石墨烯超级电容器的制备
柔性固体石墨烯超级电容器的电化学性 能
循环伏安曲线 表明，该电容 器具有理想的 双电层电容
柔性固体石墨烯超级电容器的电化学性 能