基于石墨烯负极赝电容正极的超级电容器电极材料制备及性能研究

2011年第3期 新疆化工 11 超级电容器电极材料的研究进展摆玉龙（新疆化工设计研究院，乌鲁木齐830006）摘要：超级电容器既具有超大容量，又具有很高的功率密度，因此它在后备电源、替代电源、大功率输出等方面都有极为广泛的应用前景。

超级电容器的性能主要取决于电极材料，近年来各国学者对于超级电容器的电极材料进行了大量的研究。

关键词：超级电容器；电极材料1 前言超级电容器的种类按其工作原理可以分为双电层电容器、法拉第准电容器(也称为赝电容电容器)以及二者兼有的混合电容器。

双电层电容器基于双电层理论，利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来储存能量。

法拉第准电容器则基于法拉第过程，即在法拉第电荷转移的电化学变化过程中产生，不仅发生在电极表面，而且可以深入电极内部。

根据这两种原理，目前作为超级电容器的电极材料的主要分为三类[1]：碳材料、金属氧化物及水合物材料、导电聚合物材料。

2 碳材料类电极材料在所有的电化学超级电容器电极材料中，研究最早和技术最成熟的是碳材料。

其研究是从1957年Beck发表的相关专利开始的。

碳电极的研究主要集中在制备具有大的比表面积和较小内阻的多孔电极材料上，可用做超级电容器电极的碳材料主要有:活性炭、纳米碳纤维、玻璃碳、碳气凝胶、纳米碳管等。

活性炭(AC)是超级电容器最早采用的碳电极材料[2]。

它是碳为主，与氢、氧、氮等相结合，具有良好的吸附作用。

其特点是它的比表面积特别大，比容量比铂黑和钯黑高五倍以上[3]。

J.Gamby[4]等对几种不同比表面积的活性炭超级电容器进行测试，其中比表面积最大为2315m2·g的样品得到的比容量最高，达到125F/g，同时发现比表面积和孔结构对活性炭电极的比容量和内阻有很大影响。

活性炭纤维(ACF)是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。

ACF的制备一般是将有机前驱体纤维在低温(200℃~400)℃下进行稳定化处理，随后进行炭化、活化(700℃~1000)℃。

柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究一、本文概述随着能源需求的日益增长和环境保护的迫切需求，高效、环保的能源存储技术已成为全球科研和产业界的研究热点。

其中，超级电容器作为一种能够快速存储和释放大量电能的电子器件，具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点，被广泛应用于电动汽车、移动通信、航空航天等领域。

然而，传统的超级电容器电极材料往往存在柔韧性差、比容量低等问题，限制了其在可穿戴设备、柔性电子等领域的应用。

因此，研究和开发新型柔性超级电容器电极材料，对于推动超级电容器技术的进一步发展和拓宽其应用领域具有重要意义。

本文旨在探讨柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究。

我们将介绍柔性超级电容器的基本原理、分类及应用领域，阐述柔性电极材料的重要性。

我们将综述目前柔性超级电容器电极材料的研究进展，包括常见的电极材料类型、制备方法及其优缺点。

在此基础上，我们将提出一种新型的柔性超级电容器电极材料的设计思路，并详细介绍其制备过程、结构表征及电化学性能测试方法。

我们将对所制备的柔性电极材料进行系统的性能评估，包括其比容量、循环稳定性、倍率性能等，并探讨其在实际应用中的潜力。

通过本文的研究，我们期望能够为柔性超级电容器电极材料的设计和制备提供新的思路和方法，推动超级电容器技术的创新和发展，为未来的能源存储和转换领域做出贡献。

二、超级电容器基础知识超级电容器（Supercapacitor），也称为电化学电容器（Electrochemical Capacitor），是一种具有高能量密度和高功率密度的电子器件。

与传统的电容器和电池相比，超级电容器在储能和放电速度上都具有显著的优势。

其基础知识主要涉及电极材料、电解质、工作原理以及性能参数等方面。

电极材料：超级电容器的电极材料是其核心组成部分，直接影响其电化学性能。

常见的电极材料包括碳材料（如活性炭、碳纳米管、石墨烯等）、导电聚合物（如聚吡咯、聚苯胺等）以及金属氧化物（如氧化钌、氧化锰等）。

超级电容器电极材料研究进展一、本文概述随着能源危机和环境污染问题日益严重，高效、环保的能源存储和转换技术成为了全球科研工作的热点。

超级电容器，作为一种新型的储能器件，因其具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命等优点，在电动汽车、电子设备、可再生能源系统等领域具有广阔的应用前景。

电极材料作为超级电容器的核心组成部分，其性能直接影响着超级电容器的整体性能。

因此，研究和开发高性能的超级电容器电极材料成为了当前的研究重点。

本文旨在全面综述超级电容器电极材料的研究进展，包括各类电极材料的性能特点、合成方法、改性策略及其在超级电容器中的应用。

文章首先介绍了超级电容器的基本原理和分类，然后重点分析了碳材料、金属氧化物、导电聚合物等常见电极材料的性能优势和存在的问题。

接着，文章综述了近年来通过纳米结构设计、复合改性、表面修饰等手段提高电极材料性能的研究进展。

文章展望了超级电容器电极材料未来的发展方向和潜在应用领域。

通过本文的阐述，期望能够为超级电容器电极材料的研究和应用提供有益的参考和启示。

二、超级电容器电极材料分类超级电容器的性能与电极材料的特性密切相关，因此，对电极材料的研究一直是超级电容器领域的热点。

根据材料种类的不同，超级电容器的电极材料主要分为碳材料、金属氧化物/氢氧化物、导电聚合物以及复合材料等几大类。

碳材料：碳材料是超级电容器中应用最广泛的一类电极材料，包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。

这类材料具有比表面积大、导电性好、化学稳定性高等优点，适合用作双电层电容器的电极材料。

然而，碳材料的储能机制主要是物理吸附，因此其能量密度相对较低。

金属氧化物/氢氧化物：金属氧化物/氢氧化物如RuO₂、MnO₂、NiOOH 等，具有较高的赝电容特性，能够实现快速的氧化还原反应，从而提供更高的能量密度。

然而，这类材料的导电性较差，且在充放电过程中体积变化较大，容易导致电极结构破坏，影响循环稳定性。

导电聚合物：导电聚合物如聚吡咯、聚噻吩等，具有良好的导电性和赝电容特性，是超级电容器电极材料的另一类重要选择。

超级电容器复合电极材料制备及电化学性能研究1. 本文概述随着现代科技的发展，能源存储技术正面临着前所未有的挑战和机遇。

超级电容器作为一种重要的能源存储设备，因其高功率密度、快速充放电能力、长寿命周期和环境友好性而受到广泛关注。

在超级电容器的构造中，复合电极材料的研发尤为关键，其直接决定了超级电容器的电化学性能和整体效能。

本文旨在探讨超级电容器复合电极材料的制备方法及其电化学性能。

本文将对目前广泛研究的几种复合电极材料，如碳材料、金属氧化物、导电聚合物等，进行系统的综述。

这些材料在超级电容器中的应用优势和面临的挑战将被详细讨论。

接着，本文将重点介绍几种创新的复合电极材料制备技术，包括化学气相沉积、水热合成、溶胶凝胶法等。

这些方法在制备过程中对材料结构和形貌的控制，以及对电化学性能的影响将被深入分析。

本文将通过实验数据，评估所制备的复合电极材料在超级电容器中的实际应用性能，包括比电容、能量密度、循环稳定性等关键指标。

通过这些研究，本文旨在为超级电容器复合电极材料的发展提供新的视角和技术路径，推动能源存储技术的进步。

2. 文献综述超级电容器，也称为电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的能量存储设备。

它们的主要特点是具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电能力。

超级电容器的储能机制主要是双电层电容，涉及电极材料与电解质之间的电荷分离。

这一领域的研究起始于20世纪50年代，随着材料科学和电化学技术的进步，超级电容器在能量存储领域的重要性日益凸显。

超级电容器的性能在很大程度上取决于电极材料的性质。

近年来，研究者们广泛关注复合电极材料，因其能够结合不同材料的优点，从而提高超级电容器的整体性能。

常见的复合电极材料包括碳基材料、金属氧化物、导电聚合物等。

这些材料通过不同的复合策略（如物理混合、化学接枝、层层自组装等）进行组合，旨在提高比电容、能量密度和循环稳定性。

电化学性能是评估超级电容器电极材料的关键指标。

《石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》篇一一、引言随着科技的进步，纳米材料的应用已经引起了科学界的广泛关注。

在众多纳米材料中，石墨烯因其独特的物理、化学性质，特别是其超高的电导率和极大的比表面积，已成为近年来材料科学领域的研究热点。

本篇论文旨在深入探讨石墨烯的制备方法以及其在超级电容器中的应用。

二、石墨烯的制备石墨烯的制备方法多种多样，常见的包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等。

1. 机械剥离法：此方法主要是通过机械力将石墨薄片剥离成单层或多层石墨烯。

此法虽然可以制备出高质量的石墨烯，但生产效率较低，不适合大规模生产。

2. 化学气相沉积法：此法通过在高温条件下使气体中的碳原子在基底上沉积形成石墨烯。

此法可以制备大面积的石墨烯，但制备过程需要高温和特定的气体环境。

3. 氧化还原法：此法首先通过强酸等化学试剂将天然石墨氧化，形成氧化石墨（GO），然后通过还原GO得到石墨烯。

此法生产效率高，成本低，适合大规模生产。

三、石墨烯在超级电容器中的应用超级电容器是一种具有高能量密度和高功率密度的储能器件，而石墨烯因其独特的物理性质，使其成为超级电容器的理想材料。

1. 石墨烯的电化学性质：石墨烯具有超高的比表面积和良好的导电性，这使其在电化学反应中能够提供更多的活性位点，从而提高电容器的电容量。

2. 石墨烯在超级电容器中的应用：由于石墨烯的优异性能，其被广泛应用于超级电容器的电极材料。

在电极中，石墨烯不仅可以提供大量的电荷传输通道，还可以通过其大比表面积提供更多的电荷存储空间。

此外，石墨烯的优异导电性可以降低电极的内阻，从而提高电容器的充放电速率。

四、结论随着科技的发展，石墨烯的制备技术已经越来越成熟，其在超级电容器中的应用也越来越广泛。

未来，随着对石墨烯性能的深入研究以及制备技术的进一步优化，石墨烯在超级电容器以及其他领域的应用将更加广泛。

同时，我们也需要关注到石墨烯在实际应用中可能面临的问题和挑战，如成本、环境影响等，以期在未来的研究中找到更好的解决方案。

摘 要化石燃料等不可再生能源的过度消耗促使人们不断地寻求和开发新型的可再生能源和可持续的绿色储能装置。

氢气作为一种清洁的可再生能源引起了人们的广泛关注。

另一方面为了可以广泛地利用太阳能和风能等不稳定的可持续能源，我们需要开发可持续的绿色储能装置对其进行储存和转换，因此，寻求和开发新型的储氢材料和储能装置对解决目前环境危机和能源危机具有重要的意义。

本文的研究目的主要是制备高效稳定的催化甲酸产氢的非均相催化剂以及具有良好电化学性能的超级电容电极材料，主要研究内容包括以下几方面：1、以生物质为原料制备了碳纳米微球，以其为载体负载双金属AgPd和MnO x 纳米粒子制备了非均相催化剂，用于催化甲酸-甲酸钾体系分解产氢。

在该催化体系中，MnO x纳米粒子起到了吸附CO的作用，可以有效的防止催化剂CO中毒，同时，提高了AgPd纳米粒子的催化活性。

实验表明制备的催化剂具有100%的H2选择性和良好的催化活性，50o C条件下，TOF值为3558 h-1。

此外，该催化体系具有很高的稳定性，重复使用五次后，活性没有明显的降低。

2、通过自牺牲模板的方法，制备了氮掺杂多孔碳（NPC）纳米片。

通过一种简单的液相浸渍方法，成功地将高分散的AgPd纳米颗粒负载在NPC上制备了非均相催化剂催化用于甲酸-甲酸钠体系分解产氢。

经优化的催化剂Ag1Pd9@NPC对甲酸脱氢反应具有较高的催化活性（总TOF可达3000 h-1）和100%的氢气选择性。

研究表明，掺氮碳纳米片载体与AgPd纳米粒子之间的协同作用对甲酸的高效催化脱氢起着关键作用。

3、通过热解活化法制备了一种新型的氮磷双掺杂多孔碳（NP-HPC）并将其作为电极材料测试其电化学性能。

以壳聚糖和多聚磷酸为前驱体制备的NP-HPC具有层状多孔结构、高比表面积（2933 m2·g-1）和双杂原子掺杂等特点。

由于其独特的性质，NP-HPC-800在6 mol·L-1的KOH溶液中具有较高的比电容（0.5 A·g-1时289 F·g-1）、极好的倍率性（10 A·g-1时238 F·g-1）和良好的循环稳定性（5000次循环后96%的稳定性）。

高性能石墨烯材料在超级电容器中的应用随着科技的快速发展，人们对储能技术的需求也越来越高。

传统电池的能量密度相对较低，而超级电容器由于具有高能量密度、快速充放电和长寿命等特点，逐渐成为储能技术研究的焦点领域之一。

在超级电容器的研究中，石墨烯材料表现出了令人瞩目的应用潜力，具有了广泛的应用前景。

1. 背景介绍超级电容器是一种以电吸附和电双层电容为储能机制的设备。

它能以高速率吸附和释放电荷，储能效率高，循环寿命长，是现代电子器件和电力系统中理想的储能技术之一。

然而，传统超级电容器的能量密度相对较低，限制了其在实际应用中的推广。

2. 石墨烯材料在超级电容器中的优势石墨烯是一种由碳原子单层构成的二维材料，具有出色的电学、光学、导热和机械性能。

这些特性使得石墨烯成为超级电容器领域的研究热点。

使用石墨烯材料制备的超级电容器相比传统电容器具有以下优势：2.1 高能量密度石墨烯的大表面积和高电导率使得其能够存储更多的电荷。

其高比表面积可以提供更多的吸附位点，从而增加了电荷的储存量。

与此同时，石墨烯的高电导率也能够有效地减少电池内阻，提高能量转化效率。

2.2 快速充放电速度石墨烯的高电导率和低内阻使得超级电容器具有快速充放电的特点。

相比传统超级电容器，石墨烯材料能够更快地吸附和释放电荷，从而实现高速充电和高速放电。

2.3 长循环寿命传统超级电容器的循环寿命较短，会在充放电循环过程中出现性能衰减。

而石墨烯具有出色的力学稳定性和化学稳定性，能够有效地抵抗充放电过程中的机械和化学破坏，从而延长超级电容器的寿命。

3. 石墨烯材料在超级电容器中的应用案例随着对石墨烯材料性能了解的进一步加深，科学家们不断探索石墨烯在超级电容器中的应用。

以下是一些石墨烯材料在超级电容器领域的应用案例：3.1 改进电解液结构石墨烯材料能够通过调控电解液组分和结构，提高电解液的电导率和离子迁移速率。

通过在超级电容器的电解液中添加适量的石墨烯材料，可以有效地提高超级电容器的能量密度和充放电速度。

新型超级电容器的制备及性能研究随着科技的不断进步，电子产品越来越多，同时对能源密集型设备的需求也在逐渐增加。

所以新型电池或电容器的制备也变得越来越重要。

其中，超级电容器以其高能量密度、高功率密度、长寿命等特点而备受关注。

本文将介绍新型超级电容器的制备及性能研究。

1. 新型超级电容器制备方法超级电容器主要由电极材料和电解质两部分组成，其中电极材料是关键。

现有研究表明，碳材料是制备超级电容器的主要选择。

首先，我们需要准备合适的碳材料。

传统的制备方法包括热处理、电化学氧化和化学气相沉积等。

但是这些方法的制备成本较高，并且难以控制碳材料的形状和尺寸。

近年来，一些新型碳材料的制备方法被提出。

例如，通过机械球磨和高温石墨化的方法，可以制备出纳米多孔碳材料。

这种碳材料形态独特、比表面积大、孔隙率高，更适合制备超级电容器。

接着，通过将制备好的纳米多孔碳材料与电解质混合，再制备出电极材料。

电解质的选择也很重要。

传统电解质的导电性较差，会限制超级电容器的性能。

最近，一些新型电解质的开发，如离子液体电解质、超级电容器自融合电解质等，被用于制备超级电容器，取得了很好的性能表现。

2. 新型超级电容器性能研究制备超级电容器后，需要对其特性进行研究。

首先需要考察的是超级电容器的循环稳定性。

循环稳定性是超级电容器的关键指标之一。

一些研究发现，通过适当调整电解质的比例和电极材料的结构等，可以显著提高超级电容器的循环稳定性。

其次，需要考察超级电容器的能量密度和功率密度。

能量密度和功率密度是超级电容器的另外两个重要参数。

现有研究表明，使用纳米多孔碳材料制备的电极材料，具有更高的比表面积和孔隙率，可以提高能量密度和功率密度。

此外，还需要考虑超级电容器的导电性能。

通过对超级电容器内电子的传递过程进行控制，可以大幅提高导电性能。

3. 新型超级电容器应用前景超级电容器具有高能量密度、高功率密度、长寿命等优点，在电子产品、电动汽车、储能等领域有广泛的应用前景。

基于石墨烯基复合材料的超级电容器研究现状超级电容器是一种发展成本低、环境友好、能量密度高的新型绿色能源装置，具有充电时间短、放电速度快、使用寿命长、节约能源和绿色环保等优点，得到了科学界的一致追捧，而影响超级电容器最关键的因素就是电极材料的性能。

过渡金属氧化物如Mn02，ZnO，C0304和NiO等虽是较好的电极材料，但导电性能较差，会产生较大的内阻，使得在充放电过程中，容易导致电极材料结构的破坏而影响其充放电容量和循环性能。

将过渡金属负载到碳材料例如石墨烯上可以较好的解决这一难题，这方面研究国内外已有很多相关报道。

作为碳材料中重要的一员，石墨烯由于导电性能强、导热性好、质量轻、比表面积大而备受关注，在储能装置、电化学器件、功能性复合材料等方面都具有重要的应用。

将石墨烯应用到超级电容器上，改善了超级电容器的电容量和循环稳定性。

但石墨烯层与层之间的分子问作用力导致石墨烯容易团聚，从而降低了石墨烯的比表面积和比容量。

将过渡金属氧化物和石墨烯组装成复合材料，既能提高电极材料的导电性和充放电容量，又能增强其循环稳定性。

1过渡金属氧化物与石墨烯复合材料在超级电容器中的应用1．1二氧化锰／石墨烯在超级电容器的研究中，锰作为过渡元素较先受到关注。

虽然它资源比较丰富，且易获取，但电化学性能较弱，尤其是导电性能差阻碍了人们进一步研究的步伐。

通过与石墨烯的复合，能在一定程度上改善二氧化锰存在的问题，大幅度提高其比电容和循环性能。

Li等制备的石墨烯／Mn02复合纸电极具有无黏结剂、柔韧性好的特性，并发现其具有良好的循环稳定性，且在浓度为0．1 mol／L 的Na2SO4水溶液中，当电极的Mn02含量为24％，电流密度为O．5 A ／g时，该复合纸电极的比容量为256 F/g。

Wei等通过高锰酸钾还原成二氧化锰沉积在石墨烯表面制备出了二氧化锰／石墨烯复合材料，该复合材料在超级电容器性能测试中显示了较好的循环寿命，其电容为114 F／g。

超级电容器的电极材料的研究进展一、本文概述随着科技的不断进步和新能源领域的飞速发展，超级电容器作为一种高效、快速储能器件，已逐渐引起科研工作者和工业界的广泛关注。

作为超级电容器的核心组件，电极材料的性能直接影响着超级电容器的电化学性能和实际应用效果。

研究和开发高性能的电极材料对于提升超级电容器的整体性能、推动其在新能源领域的应用具有十分重要的意义。

本文旨在对超级电容器的电极材料的研究进展进行全面的梳理和综述。

文章首先介绍了超级电容器的基本原理和电极材料在其中的作用，然后重点阐述了当前常用的电极材料类型，包括碳材料、金属氧化物、导电聚合物等，并分析了它们各自的优势和存在的问题。

接着，文章综述了近年来在电极材料研究方面取得的重要突破和进展，包括材料结构设计、复合材料的开发、表面改性等方面的研究。

文章对超级电容器电极材料的研究趋势和未来发展方向进行了展望，以期为相关领域的研究者提供参考和借鉴。

二、超级电容器概述超级电容器（Supercapacitor），亦称为电化学电容器（Electrochemical Capacitor），是一种介于传统电容器和电池之间的储能器件。

其具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命以及良好的环境适应性等特点，因此在能源储存和转换领域引起了广泛关注。

超级电容器的储能原理主要基于电极材料表面和近表面的快速、可逆的法拉第氧化还原反应或非法拉第的静电吸附过程。

相比于传统电容器，超级电容器能够提供更高的能量密度而相较于电池，它又具备更高的功率密度和更快的充放电速度。

这些独特的性能使得超级电容器在电动汽车、可再生能源系统、移动通讯、航空航天等领域具有广泛的应用前景。

超级电容器的电极材料是其性能的决定性因素。

理想的电极材料应具备高比表面积、高电导率、良好的化学稳定性和环境友好性等特点。

目前，研究者们已经开发出多种类型的电极材料，包括碳材料、金属氧化物、导电聚合物等。

这些材料各有优势，但也存在一些问题，如比能量低、循环稳定性差等。