基于石墨烯复合材料的超级电容器

由于其高能量密度和长循环寿命,超级电容器吸引了大家广泛的关注。它弥补了电池和传统电容器之间的空白,可以用于便携电子设备、备用电源、电动汽车以及其它多种微型设备。

但是,目前商业化的超级电容器产品的能量密度仍然是比较低的(小于10Whkg-1)。为了满足更多实际应用的需求,先进的超级电容器必须在不损失能量传输和循环寿命的前提下获得更高的工作电压和能量。 为了提高其中的一个方面-能量密度,有大量的研究集中在提高比电容或者提高工作电压的方面。最近,来自哈工大、国家纳米中心和清华大学的研究人员合作,报道了一种基于氢氧化镍-石墨烯复合材料的非对称超级电容器,其中正极材料为氢氧化镍-石墨烯,负极材料为多孔石墨烯。

复合材料的制备采用了微波加热的方法,在石墨烯片层上生长出氢氧化镍的结构。这避免了之前的合成方法对模板或者沉淀控制剂的需要。所获得的材料相比纯的氢氧化镍具有很高的比电容:1735Fg-1,和高倍速放电的能力。

负极多孔石墨烯的制备是采用了化学气相沉积的方法,并利用多孔氧化镁片层作为模板。材料中含有大量的中孔(3~8nm),BET方法测量比表面积为1654m2g-1。鉴于其优异的结构特征,研究人员预期多孔石墨烯的电化学性能将由于化学还原的石墨烯。

经过优化后的非对称超级电容器具有218.4Fg-1的比电容和77.8Whkg-1的最大能量密度(基于活性材料的总质量,1.6V电压下)。电容器的循环性能也大大提高,经过3000次循环之后,比电容仍保持为94.3%。研究人员们希望他们的成果会进一步将石墨烯材料引入超级电容器的研发领域。

J. Yan et al.; Adv. Func. Mater. 2012; DOI: 10.1002/adfm.201102839

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