石墨烯基超级电容器课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,#,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,石墨烯,基超级电容器,主要内容,2007.01,超级电容器简介,石墨烯在超级电容器中的应用,总结与展望,参考文献,超级电容器简介,传统电容器,功率密度高,二,次电池,能量密度高,超级电容器,充放电速度,快,循环寿命长,工作温度,范围,宽,环境,友好,双电层,电容器,法拉第,赝电容器,不对称,电容器,利用高比表面积电极和,电解质间,形成的界面双电层电容储存,能量,利用,快速、高度可逆的化学吸附脱附和氧化还原,反应,储存能量,将双电层电容电极和法拉第赝电容电极相结合的新一代超级电容器,超级电容器简介,能量密度较低,开发高比表面积的电极材料是提高性能的重要途径之一,超级电容器简介,主要内容,2007.01,超级电容器简介,石墨烯在超级电容器中的应用,总结与展望,参考文献,石墨烯在超级电容器中的应用,被,引用次数：,11864,（,Nov,2013,）,安德烈,海姆,康斯坦丁,诺沃肖洛夫,很,有潜力的,超级电容器电极材料,石墨烯,理论比,表面积,大,电导率高,机械强度高,化学稳,定性好,石墨烯在超级电容器中的应用,8,机械剥离法,外延生长法,化学气相沉积,法,氧化石墨还原法,工艺,简单,产量较高,成本低廉,石墨烯,在双电层电容器,中的应用,介质介电常数,电极材料有效表面积,双电层厚度,双电层电容器充放电示意图,多孔碳电极结构示意图,增加电极材料比表面积是提高电容的有效途径,KOH,活化法制备高比表面石墨烯,BET,：,3100 m,2,g,-1,6KOH+2C,2K+3H,2,+2K,2,CO,3,Y.Zhu et al.Science,2011,332,1537,石墨烯,在双电层电容器中,的应用,包含大量单层石墨,烯,形成三维多孔网络,166 F g,-1,2400 m,2,g,-1,激光,划片法制备微型超级电容器,EI-Kady,MF et al.Nat.Commun.2013,4,1475,石墨烯,在双电层电容器,中的应用,简易,易,放大,激光,划片法制备微型超级电容器,EI-Kady,MF et al.Nat.Commun.2013,4,1475,182 F g,-1,(1 A,g,-1,),石墨烯,在双电层电容器,中的应用,高电导率,(,2.3510,3,S m,-1,),大比表面积,(,1500 m,2,g,-1,),和相互交叉的电极结构有助于缩短电解液中离子的扩散迁移路径,96%,自组装法制备平面超级电容器,J.J.Yoo et al.Nano,Lett.,2011,11,14231427,石墨烯,在双电层电容器,中的应用,堆叠式,平面式,平面结构更加有利于电解质向,电极,内部,的,迁移扩散,，有效,提高石墨烯片层的利用率,J.J.Yoo et al.Nano,Lett.,2011,11,14231427,形状,堆叠式,(F,cm,-2,),平面式,(F,cm,-2,),RMGO,140,394,247 F g-1(394,F,cm,-2,),平,面,式,堆,叠,式,石墨烯在双电层电容器中的应用,自组装法制备平面超级电容器,金属,氧化物,/,石墨烯复合材料结构模型,石墨烯与金属氧化物间的协同效应,金属氧化物电极材料,能量密度高,功率密度低,导电性差,循环稳定性差,氧化还原过程,中结构变化,石墨烯,在法拉第赝电容器,中的应用,锚定式,包裹式,胶囊式,三明治式,层状式,混合式,Z.,Wu et,al.Nano Energy,2012,1,107,比电容高达,1335,F g,-1,（放电电流：,2.8 A g,-1,）,Ni(OH),2,纳米片直接生长并锚定于石墨烯表面，二者间的化学键和范德华力可以加速电子的传递,单晶,Ni(OH,),2,/,石墨烯纳米片,H.Wang et al.J,.Am.Chem.Soc.,2010,132,7472,石墨烯,在法拉第赝电容器,中的应用,108 m,2,g,-1,281 m,2,g,-1,Z.S.Wu et al.Adv,.Funct.Mater.,2010,20,3595,石墨,烯锚定,RuO,2,H,2,O,石墨,烯与,RuO,2,之间的协同效应,石墨烯表面含氧官能团对,RuO,2,起锚定作用，抑制,RuO,2,颗粒团聚,锚,定于石墨烯表面的,RuO,2,可避免石墨烯片层堆叠,20 Wh kg,-1,Ru:38.3 wt%,97.9%,570 F g,-1,（,1mV s,-1,）,石墨烯,在法拉第赝电容器,中的应用,原位聚合法制备石墨烯,-,聚吡咯复合电极材料,S Bose et al.Nanotechnology,22(2011,),295202,石墨烯,在法拉第赝电容器,中的应用,原位聚合法制备石墨烯,-,聚吡咯复合电极材料,S Bose et al.Nanotechnology,22(2011,),295202,石墨烯可以加速,PPy,环中,-C,或者,-C,原子的氧化和去氧化,PPy,在石墨烯表面的,附着缩短了电解液,中,离子的扩散迁移路径,石墨烯承担,部分,PPy,氧化还原,时的,机械变形,267 F g,-1,137 F g,-1,PPGNS20,PPy,石墨烯,在法拉第赝电容器,中的应用,氧化石墨烯,-,聚苯胺纳米线阵列,J.Xu et al.ACS,Nano,2010,4,5019,采用不同浓度的苯胺制备的,PANI-GO,的,SEM,图,苯胺浓度与制得,PANI-GO,比电容的,关系,图,PANI,在,GO,表面,异相成核,PANI,在体相内,均相成核,0.05M,0.06M,石墨烯,在法拉第赝电容器,中的应用,氧化石墨烯,-,聚苯胺纳米线阵列,石墨烯表面的有序且较小直径的,PANI,纳米线可改善离子传输，提高,PANI,的利用率,石墨烯承担部分,PANI,氧化还原时的机械变形,竖直的,PANI,纳米线阵列可以灵活的应对应力变化,555 F g,-1,92%,J.Xu et al.ACS,Nano,2010,4,5019,石墨烯,在法拉第赝电容器,中的应用,PANI-GO,PANI,石墨烯在不对称超级电容器中的应用,正极,石墨烯,-,金属氧化物,石墨,烯,-,导电聚合物,负极,石墨,烯,石墨,烯,-CNT,石墨,烯,-AC,Graphene/CNT/PANI,Q.Cheng et al.Carbon,2011,49,2917;,Q.Cheng et al.,J.Power Sources,2013,241,423,石墨烯,在不对称电容器,中的应用,主要内容,2007.01,超级电容器简介,石墨烯在超级电容器中的应用,总结与展望,参考文献,开发单层石墨烯,增强石墨烯与其他活性材料间的协同作用,制备批量化和低成本化,石墨,烯理论比表面积大、电导率高、机械强度高和化学稳定性好,，是一种,非常有潜力的超级电容器电极材料,石墨烯,片层易发生堆叠，导致其比表面积下降,总结与展望,主要内容,2007.01,超级电容器简介,石墨烯在超级电容器中的应用,总结与展望,参考文献,参考文献,EI-Kady,MF et al.Nat.Commun.2013,4,1475,Q,.Cheng et al.J.Power Sources,2013,241,423,3.,Y,.Huang,J.Liang,Y.Chen.Small,2012,8,1805,Z,.Wu,G.Zhou,Li.Yin,et al.Nano Energy,2012,1,107,EI-Kady,MF et al,.Science,2012,335,1326,6.Y,.Zhu et al.,Science,2011,332,1537,7.S,.Bose et al.Nanotechnology,22(2011),295202,8.Q,.Cheng et al.Carbon,2011,49,2917,9.,J,.J.Yoo et al.Nano Lett.,2011,11,14231427,10,.,H,.Wang et al.J.Am.Chem.Soc.,2010,132,7472,11.,Z.S.Wu et al.Adv.Funct.Mater.2010,20,3595,12,.,J,.Xu et al.ACS Nano,2010,4,5019,13,.,K.S,.,Novoselov et al.Science,2004,306,666,谢谢大家,!,附录,