石墨烯-炭氣凝膠的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器具有充電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(zhǎng)、功率密度高、溫度特性好等特點(diǎn)，被廣泛用作便攜式電子設(shè)備和新能源汽車(chē)等的后備電源。炭材料由于比表面積大、來(lái)源豐富、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)成為超級(jí)電容器最常用的電極材料。本文以間苯二酚（R）和甲醛（F）為炭前軀體原料，在氧化石墨烯（GO）溶液中溶膠-凝膠后分別采用常壓干燥法和冷凍干燥法制備雙電層電容器(EDLC)用石墨烯/炭氣凝膠復(fù)合材料。結(jié)果表明：隨著pH值的增加，石墨烯/炭氣凝膠的片層結(jié)構(gòu)由團(tuán)聚逐漸舒展

2、為卷曲交聯(lián)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料的比表面積先增大后減小。在 pH為7時(shí)有最大的比表面積513m2/g。將材料制成EDLC用電極并測(cè)試電化學(xué)性能，pH=7時(shí)復(fù)合材料比電容最佳，為149F/g。
　　本研究采用常壓干燥法制備不同GO和RF比例的石墨烯/炭氣凝膠復(fù)合材料，產(chǎn)物的形貌由石墨烯薄片層為骨架的三維網(wǎng)絡(luò)，經(jīng) RF基炭球包裹于石墨烯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐螆F(tuán)簇交聯(lián)的三維網(wǎng)絡(luò)。材料的比表面積先增大后減小。當(dāng)GO與RF質(zhì)量比為1:

3、100時(shí)，材料有最大的比表面積711m2/g，中孔率為75.6％，有最佳的電容性能184 F/g。采用冷凍干燥法制備不同 GO和RF比例的石墨烯/炭氣凝膠復(fù)合材料，復(fù)合材料的形貌變化趨勢(shì)與常壓干燥法所得形貌類(lèi)似。當(dāng) GO與 RF質(zhì)量比達(dá)到1:75時(shí)，材料有最大的比表面積1178m2/g，中孔率為35.8%。質(zhì)量比為 GO:RF=1:100時(shí)，材料電容性能最佳，達(dá)169F/g，對(duì)應(yīng)的比表面積為791 m2/g，中孔率為37.0%。說(shuō)明材料

4、的比電容不僅與材料的比表面積相關(guān)，同時(shí)與材料的孔徑分布、材料與電解液的浸潤(rùn)性等有關(guān)。通過(guò)上述研究得出以下結(jié)論：在石墨烯/炭氣凝膠的形成過(guò)程中，GO為RF提供形核位點(diǎn)和形核場(chǎng)所。RF含量較少時(shí)，RF首先在石墨烯層片上形核。RF含量逐漸增加時(shí)，在石墨烯層片上聚合的RF不斷長(zhǎng)大，并與石墨烯層片交聯(lián)。RF含量繼續(xù)增加，石墨烯層片上沒(méi)有足夠的RF形核場(chǎng)所，RF在溶液中相互聚合，得到片狀結(jié)構(gòu)與 RF基炭球共存結(jié)構(gòu)。當(dāng)RF含量足夠大時(shí)，產(chǎn)物以顆粒間的