石墨烯基超级电容器电极材料PPT学习教案

1、会计学1石墨烯基超级电容器电极材料石墨烯基超级电容器电极材料2007. 01超级电容器简介超级电容器简介石墨烯在超级电容器中的应用石墨烯在超级电容器中的应用总结与展望总结与展望参考文献参考文献第1页/共28页充放电速度快循环寿命长工作温度范围宽环境友好第2页/共28页双电层电容器法拉第赝电容器不对称电容器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 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超级电容器简介超级电容器简介第3页/共28页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超级电容器简介超级电

2、容器简介第4页/共28页2007. 01超级电容器简介超级电容器简介石墨烯在超级电容器中的应用石墨烯在超级电容器中的应用总结与展望总结与展望参考文献参考文献第5页/共28页被引用次数：11864 （Nov 2013）安德烈海姆 康斯坦丁诺沃肖洛夫很有潜力的超级电容器电极材料石墨烯理论比表面积大电导率高机械强度高化学稳定性好第6页/共28页8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 成本低廉第7页/共28页介质介电常数电极材料有效表面积双电层厚度双电层电容器充放电示意图多孔碳电极结构示意图增加电极材料比表面积是提高电容的有效途径第8页/共28页KOH活化法制备高比表面

3、石墨烯BET：3100 m2 g-16KOH + 2C 2K + 3H2 + 2K2CO3Y. Zhu et al. Science 2011, 332, 1537石墨烯石墨烯在双电层电容器中在双电层电容器中的应用的应用 包含大量单层石墨烯 形成三维多孔网络166 F g-12400 m2 g-1第9页/共28页激光划片法制备微型超级电容器EI-Kady, MF et al. Nat. Commun. 2013, 4, 1475 简易易放大第10页/共28页激光划片法制备微型超级电容器EI-Kady, MF et al. Nat. Commun. 2013, 4, 1475 182 F g-1

4、 (1 A g-1)高电导率(2.35103 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96%第11页/共28页自组装法制备平面超级电容器J. J. Yoo et al. Nano Lett., 2011, 11 , 14231427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第12页/共28页J. J. Yoo et al. Nano Lett., 2011, 11 , 14231427形状堆叠式(F cm-2)平面式(F cm-2)RMGO140394247 F g-1 (394 F c

5、m-2)平面式堆叠式自组装法制备平面超级电容器第13页/共28页金属氧化物/石墨烯复合材料结构模型石墨烯与金属氧化物间的协同效应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 中结构变化锚定式包裹式胶囊式三明治式层状式混合式Z. Wu et al. Nano Energy, 2012, 1, 107第14页/共28页比电容高达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单晶Ni(OH)2/石墨烯纳米片H. Wang et al. J. Am. Chem. Soc

6、., 2010, 132, 7472第15页/共28页108 m2 g-1281 m2 g-1Z. S. Wu et al. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 3595石墨烯锚定RuO2H2O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20 Wh kg-1Ru: 38.3 wt%97.9%570 F g-1 （1mV s-1）第16页/共28页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

7、第17页/共28页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 石墨烯可以加速PPy环中-C或者-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267 F g-1137 F g-1PPGNS20PPy石墨石墨烯烯在法拉第赝电容器在法拉第赝电容器中的应用中的应用第18页/共28页氧化石墨烯-聚苯胺纳米线阵列J. Xu et al. ACS Nano, 2010, 4, 5019采用不同浓度的苯胺制备的PANI-GO的SEM图苯胺浓度

8、与制得PANI-GO比电容的关系图PANI在GO表面异相成核PANI在体相内均相成核0.05M0.06M石墨石墨烯烯在法拉第赝电容器在法拉第赝电容器中的应用中的应用第19页/共28页氧化石墨烯-聚苯胺纳米线阵列 石墨烯表面的有序且较小直径的PANI纳米线可改善离子传输，提高PANI的利用率 石墨烯承担部分PANI氧化还原时的机械变形 竖直的PANI纳米线阵列可以灵活的应对应力变化555 F g-1 92% J. Xu et al. ACS Nano, 2010, 4, 5019石墨石墨烯烯在法拉第赝电容器在法拉第赝电容器中的应用中的应用PANI-GOPANI第20页/共28页石墨烯在不对称超级电容器中的应用正极石墨烯-金属氧化物石墨烯-导电聚合物Graphene/CNT/PANIQ. Cheng et al. Carbon, 2011, 49, 2917; Q. Cheng et al. J. Power Sources, 2013, 241, 423第21页/共28页2007. 01超级电容器简介超级电容器简介石墨烯在超级电容器中的应用石墨烯在超级电容器中的应用总结与展望总结与展望参考文献参考文献第22页/共28页 石墨烯理论比表面积大、电导率高、机械强度高和化学稳定性好，是一种非常有潜力的超级电容器电极材料 石墨烯片层易发生堆叠，导致其比表面积下