大规模制备超薄石墨烯纳米筛薄膜超级电容器以及在交流线性滤波电容器上的应用研究

发布时间：2020-12-08 08:01

　　超级电容器作为一种新型的储能原件,被广泛的应用在储能领域。在交流线性滤波领域,铝电解电容器（AECs）一直作为唯一一种商业电容器被广泛使用。铝电解电容作为一种电解电容器,存在体积大,能量密度低等缺点,不适宜现如今的柔性电子领域。石墨烯由于其超高的比表面积、优异的电化学性能以及良好的机械性能使得它有望成为下一代超级电容器最有潜力的材料。本文利用氧化石墨烯（GO）作为前驱体,通过在金属片（Ni、Co、Fe）表面原位的组装制备了一种厚度可控的超薄石墨烯薄膜。在GO还原的过程中伴随着金属的氧化,石墨烯片层上均匀的形成了金属氧化物纳米粒子。在惰性气氛中,通过控制不同的退火温度,利用金属纳米粒子与石墨烯的碳热反应在石墨烯片层上形成纳米孔洞。总的来说就是发明了一种可以大规模制备了一种厚度可控,孔径可调的超薄石墨纳米筛薄膜。将超薄石墨烯纳米筛薄膜作为电极制备超级电容器运用在交流线性滤波上,超薄石墨烯纳米筛薄膜在120 Hz时,电容达到7.6 Fcm-3,功率密度能达到3000 W cm-3。更为重要的是这种超薄石墨烯纳米筛薄膜在120 Hz时,其相角值为-82.3°而且RC时间常数为0.32 ms,此... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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电化学电容器、电解电容、非电解电容

图 1-1 a）传统电容器储能示意图，b）超级电容器储能示意图赝电容电容器电容器不同于双电层电容器，赝电容电容是指在电极的表面发生快还原反应从而产生的电容[14]，是除双电层之外的另一种电容。赝电式的储能，通过电子的得失的一种法拉第过程。由于是一个法拉第赝电容的容量和能量密度一般要高于双电层电容[15]。但是这种法拉稳定性和充放电速率，实际中需要在高能量密度和低循环寿命、慢及低效率中作出权衡，以满足实际的需要。理论模型是由 Conway[16]于 1992 年首先提出。总的来说，赝电容电制可以概括为三种：1）电吸附（electrosorption）如表面晶格中心中的欠电位沉积；2）嵌入（intercalation）如 Li 嵌入 TiS 和 CoO2；3）（redox reactions）如水合氧化物和水合还原物之间的转化。以上的

图 1-2 电容器的分类以及常用材料超级电容器优缺点其他储能原件一样，超级电容器也是优缺点并存的集合体。超级电容器可以传统电容器和可充电电池之间的桥梁。有了电容器的功率以及循环寿命，也电电池的高能量密度特性。由公式（1-3）可知电容器的电容正比于电极的面电极之间的距离成反比，超级电容器一般具有超大的表面积 A 和超小的间距一般要远远大于传统电容器；再者由公式（1-4）可知，电容器的能量密度正 C，不难理解其能量密度也要远远的大于传统电容器。(1-3)(1-4)二次电池而言，一个方面电池能够储存大量的电荷但是不能够在短时间内释密度小），另一方面超级电容器储存的电量不如二次电池（能量密度不如二次


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