美石墨烯紙造超級電容器及石墨烯超級電容器研究進展

2021-01-09 OFweek維科網

　　3.1.2石墨烯與導電聚合物複合

　　Hualan Wang等人用FeCl3作為氧化劑，通過原位聚合的方法合成了graphite oxide (GO) /polyaniline(聚苯胺)複合材料。1 M H2SO4為電解液。當摻雜量為PANI/GO (100:1)時，在200 mA/g電流密度下，得到最高為531 F/g 的比電容，與純的PANI（216 F/g）相比，高出了1倍，這是由於GO與PANI的協同效應引起的。

　　Kai Zhang[13]等人以(NH4)S2O8（過二硫酸銨）通過原位聚合GO /polyaniline，再通過水合肼將GO還原成石墨烯，最後再用(NH4)S2O8氧化被部分還原的polyaniline。製備的石墨烯 /polyaniline複合物通過塗抹法製備了測試電極，在2 M H2SO4電解液中，在0.1 A/g 電流密度下，測得高達480 F/g 比電容。

　　Yongqin Han等人[14]以(NH4)S2O8（過二硫酸銨）通過原位聚合GO/polypyrrole(聚吡咯)，再通過NaBH4將GO還原成石墨烯，合成了石墨烯 /polypyrrole複合物，通過壓片法製備了電化學測試電極。在1M H2SO4電解液中測試，與純的GO、polypyrrole、GO-polypyrrole複合物相比，還原後的石墨烯 /polypyrrole的比電容最高（180 F/g）。

　　3.1.3石墨烯與CNTs（碳納米管）複合

　　Ki-Seok Kim和Soo-Jin Park將MWNT（多壁碳納米管）和GO粉末分散在水溶液中，形成GO-MWNT，加入水合肼，還原製備石墨烯- MWNT複合物，在複合物溶液中加入aniline（苯胺）單體，通過原位聚合法，製備了石墨烯- MWNT/PANI三元複合物。PANI的加入增加了電極的導電性。在0.1 A/g 電流密度下，1M H2SO4電解液中，三元複合物的比電容高達1118 F/g。

　　Dingshan Yu 和其合作者運用自組裝的放法製備了石墨烯-碳納米管複合材料。在含有PEI（聚二甲亞胺）的GO溶液中，加入了水合肼進行還原製備有PEI修飾的石墨烯，由於PEI表面具有大量的-NH2，故可以形成大量帶正電荷的-NH3+，使得石墨烯片表面帶上正電荷。同時由於酸處理過後的碳納米管具有負電性，故能自組裝成PEI修飾石墨烯-碳納米管複合材料。通過塗抹的方法在ITO上製備了測試電極。1.0 M H2SO4 溶液為電解液。在1V/s的高掃速下測試了CV，計算得到120F/g的比電容。

　　我們實驗室通過在酸性溶液中使用微波還原製備了石墨烯，將石墨烯和CNTs在丙酮和乙醇的混合液中，30V電壓下，電泳製備了石墨烯-CNTs複合電極。在石墨烯中參雜不同的量的CNTs，發現當摻雜量是40%時，測試得到的比電容最高（87F/g）。（見圖3）

　　圖3.不同石墨烯-CNTs複合電極的循環伏安曲線

　　5.總結

　　由於超級電容器其使用壽命長、高比功率等優勢，已廣泛運用於信號燈等電源、計算機備用電源及混合動力車的動力電源。碳基材料（碳納米管、活性炭等）及其複合材料已成為超級電容器研究領域的熱點。石墨烯由於其獨特的二維結構和優異的物理性質，在超級電容器中已存在了廣泛的研究，為超級電容器電極材料研究提供了新的發展方向和空間。

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