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石墨烯超级电容器 理研16022016200927程家兴 Graphenesupercapacitor 超级电容器简介 PART 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 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 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 石墨烯超级电容器几大研究热点 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 能够很容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 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 SSG 自堆叠溶剂化石墨烯 膜的制备 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 根据公式Cs 4 I t m V 计算电容 在电流密度为0 5A g时Cs 250F g 在1A g的电流密度下 Cs保持在245F 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 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