超级电容器用石墨烯基电极材料的制备及性能研究-第4页-北极星储能网

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为了进一步改善石墨烯基凝胶的导电性，shi[30]等人使用了两步还原法制备石墨烯凝胶，首先是水热还原氧化石墨烯，接着使用水合肼或者氢碘酸进一步还原反应产物，用这种方法制备出的石墨烯电导率大约在1.3~3.2S/m之间。他们用50wt%的水合肼在100°C高温下反应8个小时，获得了最佳的电极材料，比电容达到了220F/g(电流密度1A/g)，当电流密度增大到100A/g时，比容量仍能保持74%，功率密度30kW/kg，能量密度5.7Wh/kg。如果选择适中的电流密度，比如4A/g，2000次循环测试后容量保持率在92%左右，这也是个比较长的循环寿命。

之所以会有如此优异的性能，与这种材料的高电导率是分不开的，另外，其独特的三维大孔结构也功不可没。

2.4活化石墨烯法

活化是获得超级电容器电极作用多孔碳材料的普遍做法[31]。常用的活化方法之一是电化学活化[32]，据报道，原始的碳前驱体材料经过活化，原来较小的表面积和较低的比容量都得到了重大改善。因此，这项活化技术也被认为能改善石墨烯基超级电容器电极的性能。KotZ[33]等人对局部还原氧化石墨烯进行电化学活化，研究了其作为超级电容器电极的性能。他们所用的局部还原氧化石墨烯是通过热还原方式得到的，其BET比表面积只有5m2/g，几乎可以忽略不计。

然而，经过电化学活化后，活性石墨烯基材料的比表面积陡然增大至2687m2/g，接近了石墨烯的理论比表面积，理论比电容达到220F/g(扫速1mV/s，1M的Et4NBF4乙腈电解液)。反应所需的活化电位取决于反应物的晶格间距，这说明电化学活化至少与离子或溶剂插层有关。

除了电化学活化方法外，Pan[34]等人提出了一种新的化学修饰法改善石墨烯，以提高石墨烯基超级电容器电极的容量。他们使用浓KOH溶液处理石墨烯后，该石墨烯基材料的比电容达到136F/g(扫速10mV/s，1MNa2SO4溶液)，要比未处理之前的高35%。

KOH处理不仅改善了石墨烯与电解液离子的接触性，而且引入了更多的含氧基团，这些基团带有赝电容特性。他们认为边际缺陷和含氧基团的引入，是电容值增大的主要原因。

值得注意的是，Ruoff[35]的研究团队也报导了KOH处理方式，他们分别针对微波剥离氧化石墨烯(MEGO)和热剥离氧化石墨烯(TEGO)，所获得的材料的比表面积达到了3100m2/g，研究过程中发现KOH活化会对MEGO进行刻蚀，产生三维的中孔分布。

这些孔的尺寸非常小，范围在1至10nm之间。虽然石墨烯片层高度弯曲，但面内结晶依然完好。活化后的MEGO比表面约为2400m2/g，作为超级电容的电极，其比容量达到166F/g(1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/乙腈电解液(BMIMBF4/AN)，电流密度5.7A/g)。根据放电曲线，结合电压降和电子自旋共振分析，工作电压为3.5V时，能量密度达到70Wh/kg，功率密度高达250kW/kg。

原标题：超级电容器用石墨烯基电极材料的制备及性能研究

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