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基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用研究共3篇基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用研究1基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用研究随着人们对能源需求的增加和全球环境问题的日益加剧，储能技术逐渐成为了热门的研究领域。
其中，基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用受到了广泛关注。
石墨烯是一种薄而坚硬的材料，它由单层碳原子组成。
石墨烯的特殊结构和优异性能使其在材料组合中展现出了无限的应用前景。
最近的研究表明，将石墨烯与其他材料结合起来可以显著提高其储能性能。
因此，制备基于石墨烯的复合材料已成为研究的重点。
基于石墨烯的复合材料的制备通常采用化学氧化法、还原法、溶剂剥离法等方法。
其中，化学氧化法是最常见的制备方法之一。
通过将石墨烯与某些化合物反应来实现对石墨烯的氧化，进而产生氧化石墨烯（GO）。
随后，将氧化石墨烯还原成石墨烯（rGO）并与其他材料组合制备成多层石墨烯复合材料。
在储能器件的应用中，基于石墨烯的复合材料已经被证明是一种具有潜力的电极材料。
石墨烯具有良好的导电性和纳米级的厚度，使得它可以高效的将电子导入储能器件中。
同时，它的高比表面积和良好的可调性也使得基于石墨烯的复合材料在储能器件中具有良好的性能。
例如，将石墨烯与氧化钴结合可以制备出具有良好电容性能的电极材料。
相比于传统的电极材料，基于石墨烯的复合材料能够实现更高的能量密度和更长的使用寿命。
此外，将石墨烯与其他材料复合还可以拓宽其应用范围。
例如，基于石墨烯的锂离子电池和钠离子电池电极材料也正在被研究和开发。
此外，基于石墨烯的复合材料在太阳能电池中也展示了良好的性能。
总之，基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用是一个具有前途的研究领域。
未来的研究将致力于进一步优化复合材料的结构和性能，并深入挖掘其应用潜力基于石墨烯的复合材料在储能器件中具有良好的性能，拥有更高的能量密度和更长的使用寿命。
其制备方法多样且成熟，同时，将石墨烯与其他材料复合使其应用范围更加广泛。
基于氧化石墨烯的超级电容器的制备和应用研究随着科技的进步，电子产品的需求在不断增长。
为了应对这一需求，电池和超级电容器的研究变得越来越重要。
超级电容器是一种新型的存储能量设备，与传统的电池相比，超级电容器拥有极高的能量密度、长寿命、快速充放电等优势。
因此，其在电子、交通、航空航天等领域有着广泛的应用前景。
而基于氧化石墨烯的超级电容器具有极大的发展潜力，以下将介绍其制备和应用研究的最新进展。
一、氧化石墨烯的制备氧化石墨烯是一种由单层碳原子构成的材料，化学式为C（O）OH。
氧化石墨烯的制备方法有多种，其中常用的方法包括化学氧化法、热氧化法、电化学氧化法等。
化学氧化法是目前较为常用的制备方法。
通常将石墨粉末与混合酸（硝酸和硫酸）混合，经过氧化反应后，用水洗涤和干燥即可。
热氧化法则通过将石墨粉末加热至高温下，通过氧化反应制备氧化石墨烯材料。
这种方法制备出的氧化石墨烯具有较高的热稳定性和晶体品质，但是制备难度较大，成本较高。
电化学氧化法则是通过电化学反应制备氧化石墨烯材料。
这种方法可以使石墨表面的氧化程度更加均匀，制备出的氧化石墨烯具有良好的电化学性能。
二、基于氧化石墨烯的超级电容器的研究进展基于氧化石墨烯的超级电容器研究起步较晚，但是得到了长足的发展。
氧化石墨烯的独特结构和性质使得基于其材料制备的超级电容器具有优异的性能，例如：高能量密度、高功率密度、长寿命等特点。
1. 氧化石墨烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料氧化石墨烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯（PVB）复合材料是目前研究较为成熟的氧化石墨烯超级电容器材料。
这种材料的优点在于氧化石墨烯的导电性和PVB的柔软性、韧性结合在了一起，既能够提高超级电容器的能量密度，又能有效延长电容器的使用寿命。
2. 氧化石墨烯/多孔碳材料复合材料氧化石墨烯/多孔碳材料复合材料也是一种目前研究较为活跃的氧化石墨烯超级电容器材料。
通过将氧化石墨烯与多孔碳材料结合，能够有效提高超级电容器的能量密度和功率密度，并且提高超级电容器的使用寿命。
石墨烯在储能领域的应用石墨烯是一种新型的二维材料，具有非常优异的电学、热学和机械性能，被誉为21世纪的材料之王。
近年来，石墨烯在储能领域的应用也逐渐得到了广泛的关注。
在本篇文章中，我们将探讨石墨烯在储能领域中的应用及其优势。
一、石墨烯储能的研究现状目前，石墨烯在储能领域中主要应用于锂离子电池、超级电容器和金属空气电池等方面。
其中最为引人注目的是石墨烯锂离子电池的应用。
石墨烯作为锂离子电池的电极材料，具有很高的比表面积、高达2700平方米每克，能够大大提高锂离子电池的储能密度和循环寿命。
二、石墨烯在锂离子电池中的应用1. 石墨烯负极材料石墨烯可以作为锂离子电池负极材料，提高电池的储能密度。
石墨烯的导电性和拥有大量的孔隙结构，能够有效地提高电极的比表面积，使得锂离子电池能够获得更多的存储空间。
此外，石墨烯的高载流量特性，也使得锂离子电池的充放电速度有了大幅度的提升，大大提高锂离子电池的使用效率。
2. 石墨烯正极材料石墨烯也可以作为锂离子电池的正极材料。
由于石墨烯具有优异的电导率和化学稳定性，能够保持正常的电压和电池的工作稳定性。
同时，石墨烯还可以有效提高锂离子电池正极的比表面积，从而增加电池的储能密度。
三、石墨烯在超级电容器中的应用超级电容器是指一种能够以毫秒级别完成充放电的储能设备，具有高功率密度和长循环寿命等特点。
石墨烯在超级电容器中的应用也是十分重要的。
1. 石墨烯超级电容器负极材料由于石墨烯具有极高的比表面积和导电性，能够提高超级电容器负极材料的电容量和功率密度。
目前，石墨烯已被成功地应用于超级电容器的负极材料中，使得超级电容器的储能密度和功率密度都得到了大幅度的提升。
2. 石墨烯超级电容器正极材料石墨烯也可以作为超级电容器正极材料，用于提高电容器的储能密度。
石墨烯具有很高的电导率和化学稳定性，能够保持正常的电压和电池的工作稳定性。
同时，其高比表面积和孔隙结构也能有效提高超级电容器正极材料的电容量，提高电容器的储能密度。
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能，在复合材料领域引起了广泛的关注。
石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点，使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色，因此具有广阔的应用前景。
本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展，以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。
本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性，然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。
接着，文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展，分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。
本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望，以期推动这一领域的持续发展和创新。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样，每一种方法都有其独特的优点和适用范围。
以下是几种主要的制备方法：溶液混合法：这是最简单且最常用的方法之一。
首先将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
接着，将所需的基体材料（如金属氧化物、聚合物等）加入溶液中，通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。
通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。
这种方法操作简便，但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。
原位生长法：这种方法通常在高温或特定气氛下进行，利用石墨烯与基体材料之间的化学反应，使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。
例如，通过化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。
这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料，但操作过程较复杂，且需要特殊的设备。
熔融共混法：对于高温稳定的基体材料，如金属或某些聚合物，可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。
石墨烯复合材料应用研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维晶体材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，便以其独特的物理、化学和电子性能，引发了全球范围内的研究热潮。
石墨烯具有出色的电导性、热导性、力学性能和化学稳定性，因此在诸多领域具有广阔的应用前景。
随着科技的进步，石墨烯已不再是单一使用的材料，而是逐渐与其他材料复合，形成石墨烯复合材料，以进一步拓展其应用范围和提升性能。
本文旨在对石墨烯复合材料的应用研究进展进行系统的梳理和总结。
我们将首先概述石墨烯及其复合材料的基本性质，然后分析石墨烯复合材料在能源、环境、生物医学、电子信息等领域的最新研究进展，探讨其实际应用中所面临的挑战和解决方案。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解石墨烯复合材料应用研究的平台，为未来的科研工作和产业发展提供有益的参考。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料因其独特的物理化学性质，在能源、环境、生物医学等领域展现出广阔的应用前景。
而制备方法的选择和优化对于实现石墨烯复合材料的优良性能和应用潜力至关重要。
目前，石墨烯复合材料的制备方法主要包括溶液混合法、原位生长法、熔融共混法以及气相沉积法等。
溶液混合法是最常见且简单的制备石墨烯复合材料的方法之一。
通过将石墨烯粉末或溶液与基体材料溶液混合，再利用超声、搅拌等手段使其均匀分散，最后通过干燥、热处理等步骤得到复合材料。
这种方法操作简单，但需要注意的是石墨烯在溶液中的分散性和稳定性。
原位生长法是通过在基体材料表面或内部直接生长石墨烯纳米片的方法。
通常利用化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在基体材料表面引入碳源，在高温条件下使其分解并生成石墨烯。
这种方法制备的石墨烯与基体材料结合紧密，但制备过程相对复杂，成本较高。
熔融共混法是将石墨烯与熔融状态的基体材料混合，通过剪切力使石墨烯均匀分散在基体材料中。
这种方法适用于高温熔融的聚合物基体材料，制备得到的石墨烯复合材料具有较好的机械性能和热稳定性。
《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。
基于石墨烯材料的柔性超级电容器研究石吉磊，杜文城，殷雅侠，郭玉国*，万立骏*中国科学院化学研究所，北京，100190,*Email: ygguo@, wanlijun@随着电子科技的迅速发展，柔性电子器件正逐渐进入人们的生活。
柔性电子器件的实现需要柔性电源的驱动。
因此发展可弯曲，高性能的柔性储能器件变得尤为必要。
超级电容器作为新型的高性能电化学储能器件已经得到广泛研究和应用。
可弯曲甚至可折叠的柔性超级电容器正逐渐成为一个趋势。
石墨烯作为最新形态的碳单质，具有一系列优越的物理化学性能，以及易于制备柔性材料。
因此，石墨烯基材料成为制备柔性储能器件的理想材料。
我们通过简单的水热技术制备了一种3D有序的石墨烯基材料并用于构建柔性超级电容器器件[1]。
所制备的柔性超级电容器器件表现出高的比电容（220F g-1），优良的柔性以及循环稳定性。
弯曲状态下循环10000圈比电容保持率大于80%。
这一优良的电化学性能主要归因于其有序的3D结构有利于离子的快速传输。
此外，该材料的合成过程及柔性电极片的制备均简单、环境友好、具备普适性，不仅可以用于制备超级电容器电极材料也可应用于柔性锂离子电池等领域。
Fig. 1 (a) Nyquist plots of rGO and H-rGO, (b)H-rGO both normal and bending state Cyclic voltammograms at a scan rate of 200 mV s-1 (c), (d) Two H-rGO devices connected in series can power the digital temperature and humidity meter at both normal and bending state. (e) H-rGO 10,000 cycles at a scan rate of 200 mV s-1under bending state.关键词：石墨烯；柔性；超级电容器参考文献[1] Shi J. L.; Du W. C.; Yin Y. X.; Guo Y. G.; Wan L. J., J. Mater. Chem. A, 2014, DOI: 10.1039/C4TA01547A, in press.Graphene-based materials for flexible supercapacitor devices Ji-Lei Shi, Wen-Cheng Du , Ya-Xia Yin, Yu-Guo Guo* and Li-Jun Wan *Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190In our work, a facile hydrothermal reduction of self-assembled 3D graphene oxide (GO) is reported. Binder-free flexible supercapacitor is fabricated using the as-obtained 3D graphene, which exhibits high gravimetric capacitance (up to 220 F g–1) and excellent cycle stability with >80% capacitance retention over 10,000 cycles under bending state.。
石墨烯材料在各个领域应用的进展1复合材料石墨烯由于具有极高的力学性能和电学性能，在作为聚合物基体的加强功能化添加剂方面被认为据有广泛的讨论前景。
2023年美国西北大学的Stankovich和RuofjF等人在Nature上报道了薄层石墨烯．聚苯乙烯纳米复合材料。
该讨论小组首先使用苯基异氰酸酯对完全氧化的石墨烯进行化学亲油改性，使之剥离和分散在有机溶剂中。
剥离的石墨烯均匀分散在聚苯乙烯溶液中，加入少量还原剂即可恢复石墨片层的导电性。
在还原过程中，聚苯乙烯的存在有效地阻拦了石墨纳米片层的聚集，这是该方法成功的关键。
该复合材料具有较低的渗阀值，在0.1％的体积分数下即可以导电，1％体积分数下导电率可达0.1Sm—1，可广泛应用于电子材料。
氧化态石墨烯只有在还原情况下才能发挥其优异的电学和力学行能，为了解决氧化石墨烯原位还原制备复合材料过程团聚现象的发生，加添石墨烯在各种聚合物单体中的浸润性，Stankovich利用苯乙烯磺酸钠包覆氧化态石墨烯，降低了石墨烯之间的接触面积，从而阻拦其在还原过程中不可逆自聚。
Haddon所领导的小组制备了石墨烯．环氧树脂纳米材料。
首先制备石墨烯的丙酮分散液，与环氧树脂均匀混合固化后得到复合材料。
热导率测试表明厚度小于2nm的石墨烯片特别适合作为环氧树脂的填料，在添加量达到25％时，热导率可以提升3000％，达6.44WmoKl。
复合材料杰出的热导性能重要由石墨烯的二维单原子层结构，高的纵横比，硬度和低的热界面阻力。
但该方法使用了溶剂，使得在所得复合材料中有显现微纳孔洞的可能。
石墨烯的添加不仅有利于聚合物基体电性能，热传导性能的改善，对于提高玻璃化变化温度，复合材料力学性能也具有重点意义。
Ruoff和Aksay等人在聚丙烯腈及聚甲基丙烯酸甲酯中加入仅1％及0.05％的石墨烯纳米片后，发觉他们的玻璃化变化温度提升30℃，此外包括杨氏模量，拉伸强度，热稳定性等一系列力学及热学性质得到提高。
石墨烯基复合材料在新能源转换与存储领域的应用现状,关键问题及展望应用一《石墨烯基复合材料在锂离子电池中的“神奇表现”》咱就说这锂离子电池啊，现在那可是到处都在用，从手机到电动汽车，简直就是能量小能手。
而石墨烯基复合材料在这当中啊，就像是给锂离子电池加了个超级助力包。
我以前有个老款手机，那电池用不了多久就撑不住了，玩会儿游戏、拍几张照片，电量就刷刷往下掉。
后来啊，听说一些新手机电池用了什么石墨烯基复合材料，耐造得很。
我就好奇啊，专门去打听打听。
原来啊，这石墨烯基复合材料加入到锂离子电池里，那作用可不小。
石墨烯本身导电性就超强，就好比给电池里的电流修了条宽敞的高速公路，让锂离子在里面跑得那叫一个畅快。
这样一来，电池充放电的速度就明显变快了。
想象一下，以前给手机充电得等老半天，现在啊，没一会儿就充满了，这多爽啊！而且啊，这复合材料还能提高电池的循环稳定性。
就好比给电池穿上了一层坚固的防护衣，让它就算反复使用，也不容易“受伤”。
不像我那老手机电池，用了一段时间后，容量就越来越小了。
不过呢，这石墨烯基复合材料在锂离子电池里也不是一帆风顺的。
比如说，制备工艺还得再优化优化，成本也有点小贵，要是能把成本降下来，那不是能让更多的老百姓受益嘛。
应用二《石墨烯基复合材料在超级电容器里的“奇妙旅程”》超级电容器这玩意儿，可能很多人不太熟悉，但它可是新能源领域的一颗新星。
而石墨烯基复合材料在超级电容器里的故事啊，也是相当精彩。
我有次去参观一个新能源实验室，就看到他们在研究超级电容器。
那里面啊，各种仪器设备摆得满满的。
负责的科研人员给我们介绍说，石墨烯基复合材料在超级电容器里可是大显身手。
这复合材料呢，具有超大的比表面积，就像是给超级电容器打造了一个超级大的“仓库”，能够储存更多的电荷。
而且啊，它的充放电速度那更是没得说，简直就是闪电般的存在。
比如说，在一些电动汽车的启动瞬间，需要快速释放大量的能量，这时候超级电容器里的石墨烯基复合材料就能立刻响应，让车一下子就启动起来，那反应速度，就跟打了鸡血似的。
石墨烯在能源存储中的应用石墨烯作为一种新型的碳材料，具有独特的结构和优异的性能，在能源存储领域展现出巨大的应用潜力。
随着能源需求的不断增长和可再生能源的发展，石墨烯在电池、超级电容器和储氢等领域的应用备受关注。
本文将重点探讨石墨烯在能源存储中的应用现状和未来发展趋势。
一、石墨烯在锂离子电池中的应用锂离子电池作为目前最为成熟和广泛应用的电池技术之一，已经成为移动电子设备、电动汽车等领域的主要能源来源。
石墨烯作为锂离子电池的优秀电极材料，具有高导电性、高比表面积和优异的化学稳定性，能够显著提高电池的性能。
石墨烯可以作为锂离子电池的导电剂或包覆材料，有效提高电极的导电性和稳定性，延长电池的循环寿命和充放电性能。
此外，石墨烯基复合材料还可以增加电极材料的储锂容量，提高电池的能量密度和功率密度，从而推动电池技术的进一步发展。
二、石墨烯在超级电容器中的应用超级电容器作为一种高功率、高能量密度的储能装置，具有快速充放电速度、长循环寿命和良好的安全性能，被广泛应用于电力系统、电动汽车和可穿戴设备等领域。
石墨烯作为超级电容器的电极材料，具有优异的电导率、高比表面积和良好的化学稳定性，能够显著提高超级电容器的性能。
石墨烯基复合材料可以用于制备电极材料，提高电容器的电极表面积和电荷传输速率，从而增加电容器的储能密度和功率密度。
此外，石墨烯还可以用于制备导电添加剂，改善电解质的导电性能，提高超级电容器的整体性能表现。
三、石墨烯在储氢材料中的应用储氢技术作为一种清洁、高效的能源转换和储存技术，受到广泛关注。
石墨烯作为一种理想的储氢材料，具有高比表面积、优异的化学稳定性和可调控的孔隙结构，能够有效提高氢气的吸附和解吸性能。
石墨烯基复合材料可以与金属或金属化合物复合，形成高效的储氢材料，提高氢气的吸附容量和释放速率。
此外，石墨烯还可以用于制备催化剂，促进氢气的吸附和解吸反应，提高储氢材料的储氢性能。
石墨烯在储氢领域的应用有望推动氢能技术的发展，实现清洁能源的可持续利用。
石墨烯基超级电容器研究进展摘要：超级电容器是最具应用前景的电化学储能技术之一。
目前，超级电容器的研究重点是提高能量密度和功率密度，发展具有高比表面积、电导率和结构稳定性的电极材料是关键。
石墨烯因具有比表面积大、电子导电性高、力学性能好的特点而成为理想的电容材料，但石墨烯的理论容量不高，在石墨烯基电极制备过程中容易发生堆叠现象，导致材料比表面积和离子电导率下降。
因此，发展合适的制备方法，对石墨烯进行修饰或与其他材料形成复合电极材料是一种有效解决途径。
本文对石墨烯基电极及其在双电层电容器、法拉第准电容器和混合型超级电容器中的应用的研究进展进行归纳，重点介绍了石墨烯凝胶薄膜电极的制备过程，以促进石墨烯基电极在超级电容器构筑中应用。
传统化石能源资源的日益匮乏和环境的日趋恶化，有力地促进了太阳能和风能等可再生能源的发展但太阳能、风能具有波动性和间歇性，需要有效的储能装置保证其能够稳定的在电网中并网工作。
同时，电动汽车产业的快速发展也迫切需要发展成本低、环境友好、能量密度高的储能装置。
超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的一种电化学储能装置，其容量可达几百甚至上千法拉。
自1975年Conway首次提出法拉第准电容的储能原理以来，超级电容器的研发已经得到了长足的发展，日本NEC、松下、本田、日立和美国Maxell等公司开发出的小型超级电容器已开始推向市场，在小型移动电子设备、汽车能量回收等领域应用。
法国SAFT公司、韩国NESE公司等也在进行超级电容器的研究和开发。
美国的USMSC计划、日本的New Sunshine计划和欧洲的PNGU计划均将超级电容器列入开发内容。
我国将“超级电容器关键材料的研究和制备技术”列入到《国家中长期科学和技术发展纲要（2006—2020年）》，作为能源领域中的前沿技术之一。
超级电容器作为一种新型电化学储能单元，具有容量大、功率密度高、免维护、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽等优点，已在备用电源系统、便携式电子设备和电动汽车领域有广泛的应用。
对于具有随机性和间歇性等特点的可再生能源发电，超级电容器应用于风力发电中可以提高风电场的运行安全。
超级电容器的基本构造与应用组件如图1所示。
按照储能机理，超级电容器可分为双电层电容器（electric double layer capacitors，EDLCs）和法拉第准电容器（又叫赝电容器，pseudo-capacitors）。
近年来，国内外对超级电容器储能技术的基础研究呈现出爆发式的增长，取得了很多新的突破。
双电层电容器的储能机理是在大比表面积的碳材料电极和电解质界面吸附相反电荷的正负离子，电荷储存在界面双电层中，通过电化学极化进行可逆吸/脱附从而储存和释放能量。
双电层电容器的电极主要为多孔碳材料，如活性炭、碳纳米管、介孔碳和碳化物衍生碳等。
对于这些碳材料，决定双电层电容性能的因素主要有材料比表面积、电导率和孔隙率，但很少有碳电极材料可以在这三个方面均有优异的表现，因此，人们仍在不断研究碳基双电层电容器材料。
欲与作者交流，请加微信号liuronghua0124赝电容器储能机理则是在具有氧化还原活性的电极表面，通过电极和电解质之间发生快速可逆的氧化还原反应进行能量储存和释放。
这类电容器的电极材料主要有表面含有氧化还原活性位的材料，如导电聚合物、金属氧化物或金属氢氧化物。
相比于双电层电容器，赝电容器的容量更大，但由于材料的导电性能较差，材料发生氧化还原反应时结构容易被破坏，因此能量密度和循环性能相对较差。
为进一步提高超级电容器的能量密度，近年来开发出了混合超级电容器，又称“不对称超级电容器”。
其中，一极采用具有氧化还原活性的电极材料通过电化学反应来储存和转化能量，另一极则采用碳材料通过双电层来储存能量。
在混合型超级电容器中，能量储存的过程仍主要发生在电极表面，电极材料的比电容、导电性、比表面积和结构稳定性是混合型超级电容器能量储存和转化性能的决定因素。
因此，为了提高能量密度和功率密度，无论是双电层超级电容器、法拉第准电容器，还是混合超级电容器，其电极材料必须具有比表面积大、电导率高和结构稳定的特性。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构碳材料，具有很大的比表面积（2675m2/g）、优异的电子导电性和导热性、很高的力学强度，符合高能量密度和高功率密度的超级电容器对电极材料的要求，是理想的超级电容器电极材料。
石墨烯在超级电容器中的应用基础研究结果层出不穷。
通过不同的合成与制备过程将石墨烯与其它材料构成复合电极材料，分别应用于双电层电容器、法拉第准电容器或混合型超级电容器。
本文对近年来石墨烯基电极材料在三种不同类型超级电容器中的应用研究综述如下。
1石墨烯基双电层电容器石墨烯具有优异的导电性、柔韧性、力学性能和很大的比表面积，自身可作为双电层超级电容器的电极材料。
但无论是石墨烯、氧化石墨烯（GO）还是还原氧化石墨烯（RGO），它们在制备过程中均容易发生堆叠，影响石墨烯材料在电解质中的分散性和表面可浸润性，降低了石墨烯材料的有效比表面积和电导率。
因此，避免石墨烯堆叠是制备高能量密度和高功率密度石墨烯基超级电容器的技术难题之一。
Zhang等将各种表面活性剂，如四丁基氢氧化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠等嵌入到氧化石墨烯片中，缓解氧化石墨烯在还原过程中的堆叠现象，使表面活性剂有效地存在于石墨烯和氧化石墨烯片中，促进了材料表面的浸润性，使材料能够很好地分散，提高了材料的比容量。
研究结果表明，在2mol/L的H2SO4水溶液中，采用四丁基氢氧化铵作为表面活性剂制备的电极材料在1A/g电流密度下的比容量达到194F/g。
Yoon等将己烷作为反溶剂物质加入到氧化石墨烯片的乙醇溶液中，制备得到不堆叠的褶皱氧化石墨烯片和还原氧化石墨烯片，有效地提高了还原氧化石墨烯的比表面积和孔隙率，分别为1435.4m2/g和4.1cm3/g，显著提升了该材料作为双电层电容器电极的性能。
在6.0mol/L的KOH水溶液中、1A/g的电流密度下，比容量达236F/g；在30A/g的电流密度下，比容量仍然达到171.2F/g。
Wang等将柔性石墨烯纸与炭黑纳米粒子通过普通的真空抽滤方法制备了复合电极材料，由于炭黑纳米粒子的存在，有效缓解了抽滤过程中石墨烯自发的堆叠过程，使制备的复合材料电化学性能超过了纯石墨烯纸的7倍，其最大的能量密度可达26W·h/kg，功率密度达5.1kW/kg。
石墨烯层间距的控制对于避免石墨烯片层的堆叠、充分发挥石墨烯优异结构特性与电化学性能具有重要作用。
Hantel等通过控制真空热还原的加热速度和还原温度，获得不同层间距的石墨烯和含不同氧官能团的石墨烯，并将其用作超级电容器的电极材料。
研究发现，其电极比电容与石墨烯的层间距、石墨烯上的含氧官能团和使用的电解质均有很大的关系，当层间距为0.43nm，己腈作为溶剂时，其比电容达到了220F/g，组成对称超级电容器时其比电容达到了195F/g。
本文作者课题组杨晓伟等利用化学转化石墨烯在水溶液中的高分散性，采用过滤的方法在滤膜和溶液界面可控制备了石墨烯片层定向分布的化学转换石墨烯水凝胶（chemically convertedgraphene，CCG），获得了石墨烯片层之间π—π吸引力和溶剂化的排斥力之间的平衡点，具有良好的力学强度，可以直接作为超级电容器的电极应用。
在此基础上，为了确保实际应用中石墨烯电极内部的片层网络结构，采用毛细管压缩过程（capillary compression procedure），以CCG为前驱体，先通过真空过滤形成CCG膜，再将CCG膜浸润在不同比例的挥发性/非挥发性物质混合溶液中，通过毛细压缩作用，非挥发性物质、硫酸或离子液体（EMIMBF4）与水置换进入石墨烯片层间形成液体介导的致密性石墨烯基薄膜（如EM-CCG）（图2）。
由于进入石墨烯片层的离子液体与水/离子液体混合比例有关，不同EMIMBF4体积比将形成堆积密度和石墨烯片层间距不同的EM-CCG薄膜，其电导率及内阻也不相同，所制备EM-CCG薄膜基本形貌与性质如图3所示。
我们采用所制备的EM-CCG薄膜作为对称电极，以EMIMBF4/AN为电解液，由于在电极和电解液中均存在EMIMBF4体，有效地解决了电极/电解液界面传输阻力，形成高的电导率和连续的离子传递网络，同时解决了石墨烯电极材料与电解液的浸润性问题。
所组成的超级电容器开路电压达到3.5V，其最大能量密度达到60W·h/L，经过300h恒电压循环比电容保持率超过95%，循环性能优异。
该研究为石墨烯基电极材料及电容系统制备过程放大奠定了良好的基础，相关结果在美国Science杂志上发表。
各种堆积密CCG/EMIMBF4薄膜电极在不同电流密度下对应的体积比电容保持率变化曲线及充放电特征曲线如图4所示。
除了避免石墨烯材料的堆叠外，要制备高性能石墨烯基超级电容器，如何实现孔隙率高、致密性好、有效比表面积大和离子迁移电阻低是另一关键问题。
Wang 等制备了兼具多孔分层结构、高导电性的内在网络和杂环原子掺杂的石墨烯电极，在80A/g的电流密度下，其能量密度达322W·h/kg，功率密度达116kW/kg，充放电循环3000次后几乎没有递减。
Luan等通过石墨烯与乙二胺联氨还原形成了电导率高、比表面积大和3D结构稳定的氧化石墨烯气凝胶，该气凝胶电导率达到1351S/m，比表面积为745m2/g，断裂强度达到10.3MPa，比电容达到232F/g。
2石墨烯基法拉第准电容器石墨烯虽然可以单独作为超级电容器电极材料，但其理论比容量仅有329F/g，限制了该材料的大规模应用。
如何既利用石墨烯优异的性能又突破石墨烯的理论比容量是石墨烯基电极材料的应用难题。
通过对石墨烯进行官能团修饰改性以及制备石墨烯基复合电极材料，构建法拉第准电容器已经成为该领域研究热点之一。
2.1官能团修饰石墨烯基电极Khanra等在含有9-蒽羧酸的溶液中通过电化学脱离的方法一步制备了蒽羧酸修饰的石墨烯，由于蒽羧酸官能团的赝电容特性，蒽羧酸修饰石墨烯作为超级电容器电极材料时，在1mol/L的H2SO4溶液中其最大比容量达到577F/g，经过1000次充放电后，比容量保持率为83.4%。
Ghosh等制备了1-芘羧酸修饰的石墨烯，在6mol/L的KOH水溶液中，其比电容达到200F/g，远大于没有修饰的石墨烯比电容（30F/g）。
通过苯并唑和苯并咪唑接枝的石墨烯，在石墨烯的官能团反应中引入了环状反应，有效地缓解了石墨烯片的堆叠反应，所制得的修饰石墨烯呈现皱状和卷曲状形貌，当作为超级电容器电极时，以1mol/L的H2SO4水溶液为电解质，在0.1A/g的电流密度下，苯并唑修饰石墨烯比电容达到730F/g，苯并咪唑修饰石墨烯比电容达到781F/g。
