石墨烯基超级电容器研究报告
超级电容
器研
究报
告
石墨
烯基
目录
什么是超级电容器？
超级电容器结构组成
电极材料
超级电容器与电池对比
超级电容器的应用
什么是石墨烯
什么是石墨烯超级电容器
石墨烯超级电容器的几大研究热点
美国研究超级电池：几秒内完成手机充电
超薄平面石墨烯电容器
KOH活化石墨烯
具有中孔结构的弯曲石墨烯
表面活化剂修饰石墨烯
石墨烯/赝电容材料复合电极
超级电容器产业链分析
超级电容器市场分析
超级电容器主要用在新能源汽车和电子领域
超级电容器市场主要集中在美国、日本、俄罗斯
等国
石墨烯在超级电容器中的应用
石墨烯在超级电容器中的应用 前言本文对超级电容器分别从定义，工作原理，特点和分类做了简单介绍，然后以南开大学陈永胜教授的一篇综述介绍了石墨烯在超级电容器中的应用，并做了具体的例证分析。 关键词：超级电容器石墨烯修饰石墨烯 在储能领域的发展史上，大致可以分为第一代机械师储能，比如飞轮、发条，第二代化学式储能，如铅酸电池、镍氢镍镉电池以及锂离子电池等，第三代物理式储能如超级电容器。超级电容器其实在我们生活中无处不在，如交通领域，在火车、巴士、汽车、卡车，能源领域，如新能源、风能和太阳能、电网削峰填谷、能量回收，工业领域，如起重机、阀门、挖掘机以及一些重型设备等，在电子领域，如硬盘、存储器和后备电源。超级电容器已经是我们生活中必不可少的一部分，它在我们的社会中扮演着一个必不可少的角色，所以我们有必要深入地去了解一下什么是超级电容器。 超级电容器（supercapacitors），又称为电化学电容器（ECs）。是一种介于电池和传统电容器之间的新型储能元件。它是一种功率型的储能器件，通过电极材料与电解液界面形成双电层，或电极表面快速的氧化还原反应来储存电能。主要包括：电极材料、集流体、电解液 和隔膜，原理图如下：
超级电容器有如下特点：（1）超高比容量（0.1-6000F）。比传统电容器同体积电容量大2000-6000倍。（2）充电速度快，只要充电几十秒到几分钟就可达到其额定容量的95%以上；而现在使用较多的铅酸电池、锂离子电池等充电通常需要几个小时。（3）超长寿命，充放电大于40万次。（4）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；（5）温度范围宽：–40~ +70℃，一般电池是–20 ~ +60℃。（6）免维护，环境友善。 它和我们常见的化学式储能的电池相比，以及和传统电容器在功率密度和能量密度上的比较如下图所示： 超级电容器按机理可以分为两类：一类是双电层电容，依靠物理
石墨烯基超级电容器电极材料研究进展..
**大学研究生课程考试（查）论文2014——2015学年第二学期 《石墨烯基超级电容器电极材料研究进展》 课程名称：材料化学 任课教师： 学院： 专业： 学号： 姓名： 成绩：
石墨烯基超级电容器电极材料研究进展 摘要：超级电容器是目前研究较多的新型储能元件，其大的比电容、高的循环稳定性以及快速的充放电过程等优良特性，使其在电能储存及转化方面得到广泛应用。超级电容器的电极材料是它的技术核心。石墨烯作为一种新型的纳米材料，具有良好的导电性和较大的比表面积，可作为超级电容器的电极材料。利用其他导电物质对石墨烯进行改性和复合，可以在保持其本身独特优点的同时提高作为电极材料的导电率、循环稳定性等其他性能。本文对近年来石墨烯基电极材料在两种不同类型超级电容器中的应用研究进行了综述。 关键词：超级电容器；石墨烯；导电聚合物；金属氧化物 随着人类社会赖以生存的环境状况的日益恶化，过多的CO2排放造成气候变化不稳定，人们对能源的开发和研究重点已经转移到绿色能源（如太阳能、风能等）上面[1, 2]，但是它们是靠大自然的资源来储能和转化能量的，其发电能力极大程度要受到自然环境以及季节变化的影响，如果被广泛应用于日常生活，有很多不稳定性，这也是目前太阳能、风能领域的瓶颈。超级电容器，又称作电化学电容器，是一种既稳定又环保的新型储能元件。它具有充电时间短、使用寿命长、功率密度高、安全系数高、节能环保、低温特性好等优点。超级电容器在现代科技、工业、航天事业方面的应用都十分广泛，它代表了高储能技术的一次突破。目前，国内在相关方面做了许多研究，并实现了商业化生产。但是，它们的广泛应用还存在，例如，能量密低、成本过高等问题。 从原理出发，超级电容器可分为双电层电容器和法拉第赝电容器两类。两者均是由多孔双电极、电解质、集流体、隔离物4部分所构成（超级电容器结构如图1所示）。为了减小接触电阻，要求电解质和电极材料紧密接触；隔离物的电子电导要低，离子电导要高，以保证电解质离子顺利穿透。双电层电容器是利用双电极和电解质组成的双电层结构来实验充放电储能的。当在两电极上施加电压，电解质被电离产生正负离子，由于电荷补偿，正离子移向负电极，负离子移向正电极，这样就在电极与电解质界面处产生双电层。由于这个双电层是由相反电荷层构成，如同普通平板电容器一样，但是此双电层间距很小，是原子尺寸量
基于石墨烯负极赝电容正极的超级电容器电极材料制备及性能研究
基于石墨烯负极赝电容正极的超级电容器电极材料制备及性能 研究 超级电容器的能量密度E与其比电容cm成正比,而与其工作电压u的二次方成正比(E=1/2CmU2。因此，提高工作电压是提高超级电容器能量密度的有效途径。 利用储能电位范围不同的正、负极材料组装非对称型超级电容器,可有效提高工作电压, 进而提高能量密度。本文研究了氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO) 的水热还原, 构建了三维分布还原氧化石墨烯(reduced Graphene Oxide, rGO), 研究了 Ni(0H)2纳米片阵列和NiO多孔纳米片阵列的制备。 利用X-射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)研究了GO勺还原，利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究了产物形貌,利用X-射线衍射(XRD)研究了产物晶体结构。利用循环伏安(CV)扫描、恒电流充放电、电化学交流阻抗(EIS)等技术研究了产物的超电容性能。 以rGO为负极、分别以Ni(OH)2纳米片阵列和NiO多孔纳米片阵列为正极, 组装了非对称模拟超级电容器，并研究其性能。首先将GO分散于具有三维结构的泡沫镍(NF)基底上,然后对其进行水热还原,制备分布于三维NF基底上的还原氧化石墨烯(NF/rGO)。 XPS和Ramar光谱研究结果表明,水热还原可有效去除GO上的含氧官能团, 并对其结构缺陷有一定的修复作用。TEM和SEME测结果表明,rGO形成很薄的片层,呈现出透明褶皱结构,NF/rGO上的rGO紧密附着于基底上形成三维分布,这有利于rGO与电解液充分接触而发挥储能性能。 NF/rGO的CV曲线具有双电层电极材料典型的矩形,其恒电流充电与放电曲 线基本成线性、且相互对称。在NF/rGO的交流阻抗波特图上，低频区的相位角接近
石墨烯超级电容器项目介绍
红桥新区石墨烯超级电容器项目介绍 一、概况 石墨烯超级电容器项目，是由贵州新碳高科有限责任公司在六盘水投资1.6亿元新建设的石墨烯应用技术，项目占地30亩，建设3万平方米多层标准化厂房，主要生产石墨烯超级电容器，目前该项目已基本完成场平、近期将开展主体厂房建设，计划2 014年10月底达到试生产条件。 贵州新碳高科有限责任公司成立于2011年，公司总部在贵阳高新区，主要生产石墨烯，该项目是由位于美国硅谷的海外贵州促进会应贵州省有关领导要求，向贵州省推荐全球领先的高新技术项目。 石墨烯超级电容器项目，主要采用石墨烯为主要原材料，利用石墨烯的高传导性、高石墨烯超级电容器比表面积，生产石墨烯超级电容器。石墨烯超级电容器是近年来出现的一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件，属于新材料高科技无污染的产品。它在保留传统电容器功率密度大的特点的同时，具有可达法拉级甚至数千法拉的静电容量，因此其具有能量密度较高的特点，同时还具有充放电速度快、充放电效率高、寿命长、安全性好、环境好等特点。高性能的石墨烯电容器产品具有广泛的市场应用前景，针对高性能、超薄以及大功耗电子产品如智能手机、平板手持电脑、大功率节能LED照明、超薄LCD电视、电动
车电池等产业上，具有极高的应用价值，超级电容器在很多领域都有广阔的应用前景。 三、超级电容器应用 超级电容器自面市以来，在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、通信国防、消费电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，全球需求量快速扩大，已成为电源电池领域内新的产业亮点而被世界各国广泛关注。当前，国内相关企业也都在扩大生产规模，增加产品的多样性。 1、市场前景非常广阔。超级电容器市场需求量非常大，并且以很高的速度增长，而超级电容器市场规模也在高速扩展。 2、超级电容器有着巨大的市场潜力。超级电容器相对于其它储能电源优势很明显，但它占整个能量储存装置的市场份额其实还很小。 3、通过供需情况的比较发现，国内能规模生产的厂家较少，生产规模还远远无法满足国内市场的需求，所以国内大多数用户还是通过进口来满足需要。 在市场需求迅速增长的强力推动下，国内现有的超级电容器生产企业会积极融资扩产，国际从事超级电容器生产的大型企业也会把战略投资的目光锁定中国，另外很多相关生产企业(如铝电解电容器生产企业)也有进军超级电容器领域的意向，准备介
超级电容器用石墨烯基电极材料的制备及性能研究
___________________________________________________________ 作者简介： 陈 宽（1986-），男，江苏人，宁波南车新能源科技有限公司助理工程师，研究方向：电极材料；本文联系人 阮殿波（1969-），男，黑龙江人，宁波南车新能源科技有限公司高级工程师，研究方向：超级电容器储能技术； 傅冠生（1966-），男，湖南人，宁波南车新能源科技有限公司总经理，研究方向：企业管理； 于智强（1977-），男，浙江人，宁波南车新能源科技有限公司副总经理，研究方向：电容器开发与产超级电容器用石墨烯基电极材料的制备及性能研究 阮殿波，陈 宽，傅冠生，于智强 (宁波南车新能源科技有限公司，浙江 宁波 315112) 摘要：同传统二次电池相比，超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点，是一种新型高效的储能装置，提升其能量密度是目前主要的研究方向。石墨烯作为一种新型二维碳材料，具有电导率高、比表面积大、化学稳定性强等优异特点，是超级电容器的理想电极材料。综述了近几年石墨烯基电极材料的制备方法及其性能特点，对于其存在的问题和未来的发展趋势作了简单的阐述。 关键词：石墨烯； 超级电容器； 能量密度； 功率密度； 电极材料 中图分类号：TQ919；TQ127.1 Preparation and Property Research of Graphene-based Electrode Materials for Supercapacitor RUAN Dian-bo, CHEN Kuan, FU Guan-sheng, YU Zhi-qiang (Ningbo CSR New Energy Technology Co., LTD, Ningbo Zhejiang 315112,China) Abstract : Compared with traditional secondary battery, supercapacitor has the advantage of high power density, rapid charge/discharge property and long cycle life, it ’s a new efficient energy storage device. At present the main research direction of supercapacitor is improving its energy density. Graphene is a new kind of two dimension carbon material, it has the advantage of high conductivity, high specific surface area and strong chemical stability, it ’s an ideal electrode material of supercapacitor. This review summarized the preparation methods of graphene-based electrode materials and its performance characteristics. Problems and development tend of graphene-based electrode materials are also introduced in this article. Keywords : graphene; supercapacitor; energy density; power density; electrode material 1.引言 石墨烯，一种单原子层厚度的二维sp 2杂化碳材料，是碳的其它维数的同素异形体的基本构造单元。受其特殊结构的影响，石墨烯拥有一系列优异的物化特性：高断裂强度(125GPa)；高速载流子迁移率(2×105cm 2V -1s -1)和热导率(5000Wm -1K -1)；超大比表面积(2630m 2/g)[1]。这些突出的、吸引人的特征使得这种多功能的碳材料可以适用多种实际应用场合，其中，利用石墨烯作为超级电容器[2-4]电极已成为清洁能源领域的研究焦点。 基于现代社会的需求和能源危机的考虑，寻找新型、廉价、环保、高效的储能系 统的呼声与日俱增。在这种大环境下，超级电容器[5]因为其额定容量高、可作为脉冲功率电源、循环寿命长、工作原理简单、维护费用低而成为一种备选储能装置。超级电容器循环寿命长，可以在高功率密度下实现快速充放电，弥补了蓄电池在这方面的缺陷。 大量的研究表明，为了实现高性能EDLC ，必须解决碳材料的几个关键因素：材料的比表面积、电导率、微孔直径和分布。大多数情况下，介孔碳材料能够拥有大的比表面积，但偏低的电导率限制了其在高功率 密度超级电容器方面的应用[6]。碳纳米管虽
石墨烯基超级电容器研究进展
石墨烯基超级电容器研究进展 摘要：超级电容器是最具应用前景的电化学储能技术之一。目前，超级电容器的研究重点是提高能量密度和功率密度，发展具有高比表面积、电导率和结构稳定性的电极材料是关键。石墨烯因具有比表面积大、电子导电性高、力学性能好的特点而成为理想的电容材料，但石墨烯的理论容量不高，在石墨烯基电极制备过程中容易发生堆叠现象，导致材料比表面积和离子电导率下降。因此，发展合适的制备方法，对石墨烯进行修饰或与其他材料形成复合电极材料是一种有效解决途径。本文对石墨烯基电极及其在双电层电容器、法拉第准电容器和混合型超级电容器中的应用的研究进展进行归纳，重点介绍了石墨烯凝胶薄膜电极的制备过程，以促进石墨烯基电极在超级电容器构筑中应用。 传统化石能源资源的日益匮乏和环境的日趋恶化，有力地促进了太阳能和风能等可再生能源的发展但太阳能、风能具有波动性和间歇性，需要有效的储能装置保证其能够稳定的在电网中并网工作。同时，电动汽车产业的快速发展也迫切需要发展成本低、环境友好、能量密度高的储能装置。 超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的一种电化学储能装置，其容量可达几百甚至上千法拉。自1975年Conway首次提出法拉第准电容的储能原理以来，超级电容器的研发已经得到了长足的发展，日本NEC、松下、本田、日立和美国Maxell等公司开发出的小型超级电容器已开始推向市场，在小型移动电子设备、汽车能量回收等领域应用。法国SAFT公司、韩国NESE公司等也在进行超级电容器的研究和开发。美国的USMSC计划、日本的New Sunshine计划和欧洲的PNGU计划均将超级电容器列入开发内容。我国将“超级电容器关键材料的研究和制备技术”列入到《国家中长期科学和技术发展纲要（2006—2020年）》，作为能源领域中的前沿技术之一。超级电容器作为一种新型电化学储能单元，具有容量大、功率密度高、免维护、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽等优点，已在备用电源系统、便携式电子设备和电动汽车领域有广泛的应用。对于具有随机性和间歇性等特点的可再生能源发电，超级电容器应用于风力发电中可以提高风电场的运行安全。超级电容器的基本构造与应用组件如图1所示。
石墨烯超级电容器
石墨烯超级电容器 链接：https://www.360docs.net/doc/829687218.html,/baike/3153.html 石墨烯超级电容器 简介 石墨烯超级电容器为基于石墨烯材料的超级电容器的统称。由于石墨烯独特的二维结构和出色的固有的物理特性，诸如异常高的导电性和大表面积，石墨烯基材料在超级电容器中的应用具有极大的潜力。石墨烯基材料与传统的电极材料相比，在能量储存和释放的过程中，显示了一些新颖的特征和机制。 分类 根据不同的能量存储机制，超级电容器可以分为三类：1）电化学双层电容器（双电层电容器），使用吸附的阴离 子和阳离子储存能量；2）膺电容器，通过快速表面氧化还原反应存储能量；3）不对称超级电容器。 原理 电双层超级电容器原理 也称非法拉第超级电容器。其性能源自所谓的双电层电容，双电层电容器装置的电容积聚的电荷被存储在这作为在高表面积的电极和电解质之间的界面形成的双电层中。双电层电容器材料的几个至关重要的因素是：比表面积（SSA ），导电性，和孔径大小及分布。石墨烯对比过去的双电层电容器的电极材料提供了一个很好的替代。与传统的多孔碳材料相比，石墨烯具有非常高的导电性，大的表面积及大量的层间构造。因此，基于石墨烯的材料非常有利于它们在双电层电容器中的应用。 膺电容超级电容器原理 也称法拉第超级电容器，膺电容超级电容器通过法拉第过程储存能量，涉及在电极表面上电解质并电活性材料之间的快速和可逆的氧化还原反应。最广泛的研究的电活性材料包括三种类型：a）过渡金属氧化物或氢氧化物，如氧化钌、氧化锰和氢氧化镍; b）导电聚合物，c）具有含氧和含氮表面官能团材料。膺电容可以达到比双电层电容更高的膺电容。石墨烯被认为是最合适制备膺电容电极活性成分的载体材料。 原文地址：https://www.360docs.net/doc/829687218.html,/baike/3153.html 页面 1 / 1
石墨烯在超级电容器电极材料中的应用
石墨烯在超级电容器电极材料中的应用 摘要石墨烯具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能，自从2004年被成功制备出来，一直是全世界范围内的一个研究热点。由于石墨烯具有巨大的表面体积比和独特的高导电性等特性，石墨烯及其复合材料在电化学领域中有着诱人的应用前景，因此，石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的研究是石墨烯材料研究的一个重要领域。综述了石墨烯，石墨烯的制备，超级电容器电极材料，超级电容器的原理及结构及其在超级电容器域中应用的研究现状，展望了石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的未来发展前景。 关键词石墨烯制备方法原理及结构超级电容器电极材料应用发展前景 引言
2004年英国曼彻斯特大学的kostya novoselov等[1]制备出了石墨烯。他们强行将石墨分离成较小的碎片，并从碎中剥离出较薄的石墨薄片，然后用一种特殊的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，其中部分样品仅由一层碳原子构成——石墨烯。在发现石墨烯以前，理论和实验科学家们都认为完美的二维结构无法在非绝对零度下稳定存在，但是单层二维结构石墨烯却能在实验中被制备出来,，这一实验成就立即在物理、化学、材料科学等领域引起了震撼［1-5］。 正是因为制得了石墨烯，他们获得了2008年诺贝尔物理奖的提名。自从石墨烯被成功制备出来以后，石墨烯在全世界范围内掀起了一股新的研究热潮，各种极具魅力的奇特性质相继被发现，预测其很有可能会在很多领域引起革命性的变化，石墨烯具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能，石墨烯材料将在各种微电子领域包括电极材料、能源转化储存领域、复合材料、场发射材料. 高灵敏度传感器等领域中发挥巨大的作用。石墨烯是研究领域的“金矿”，研究人员正在“开采”并陆续得到了新的研究成果。 文献综述了石墨烯及石墨烯材料的制备及其在超级电容器电极材料中的应用研究并展望了其未来发展前景。 石墨烯在超级电容器电极材料中的应用 1石墨烯 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2 杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜， 只有一个碳原子厚度的二维材料[1]。石墨烯 一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存 在[1]，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理 学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫， 成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而实 验证实它可以单独存在，两人也因“在二维石 墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010 年诺贝尔物理学奖[2]。石墨烯目前是世上最 薄却也是最坚硬的纳米材料[3] ，它几乎是完 全透明的，只吸收 2.3%的光"[4]；导热系数 高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石， 常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s， 又比纳米碳管或硅晶体更高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上图1 石墨烯作为基本单元构筑其他石墨化碳材料的示意图
基于石墨烯基复合材料的超级电容器研究现状
基于石墨烯基复合材料的超级电容器研究现状 超级电容器是一种发展成本低、环境友好、能量密度高的新型绿色能源装置，具有充电时间短、放电速度快、使用寿命长、节约能源和绿色环保等优点，得到了科学界的一致追捧，而影响超级电容器最关键的因素就是电极材料的性能。过渡金属氧化物如Mn02，ZnO，C0304和NiO等虽是较好的电极材料，但导电性能较差，会产生较大的内阻，使得在充放电过程中，容易导致电极材料结构的破坏而影响其充放电容量和循环性能。将过渡金属负载到碳材料例如石墨烯上可以较好的解决这一难题，这方面研究国内外已有很多相关报道。 作为碳材料中重要的一员，石墨烯由于导电性能强、导热性好、质量轻、比表面积大而备受关注，在储能装置、电化学器件、功能性复合材料等方面都具有重要的应用。将石墨烯应用到超级电容器上，改善了超级电容器的电容量和循环稳定性。但石墨烯层与层之间的分子问作用力导致石墨烯容易团聚，从而降低了石墨烯的比表面积和比容量。将过渡金属氧化物和石墨烯组装成复合材料，既能提高电极材料的导电性和充放电容量，又能增强其循环稳定性。 1过渡金属氧化物与石墨烯复合材料在超级电容器中的应用1．1二氧化锰／石墨烯 在超级电容器的研究中，锰作为过渡元素较先受到关注。虽然它资源比较丰富，且易获取，但电化学性能较弱，尤其是导电性能差阻碍了人们进一步研究的步伐。通过与石墨烯的复合，能在一定程度上
改善二氧化锰存在的问题，大幅度提高其比电容和循环性能。 Li等制备的石墨烯／Mn02复合纸电极具有无黏结剂、柔韧性好的特性，并发现其具有良好的循环稳定性，且在浓度为0．1 mol／L 的Na2SO4水溶液中，当电极的Mn02含量为24％，电流密度为O．5 A ／g时，该复合纸电极的比容量为256 F/g。Wei等通过高锰酸钾还原成二氧化锰沉积在石墨烯表面制备出了二氧化锰／石墨烯复合材料，该复合材料在超级电容器性能测试中显示了较好的循环寿命，其电容为114 F／g。Yan和Fan等通过微波辅助法制备出了石墨烯／MnO复合材料，研究发现该复合材料的电容性能是纯石墨烯和纯Mn02的三倍，在2 mV／s扫描下，比电容为310 F／g。并且其循环寿命良好，在1000次循环后比电容仍可为97％。 He等将Mn02覆盖在石墨烯表面制备出了一种三维导电网络复合材料，发现其柔韧性好、质量轻、导电性强、比表面积大。该复合电极比电容可达130F／g，而且由该复合材料制作出的超级电容器具有卓越的电化学性能和优异的机械性能。 1．2氧化镍／石墨烯 氧化镍是一种理想的超级电容材料，但是由于比容量较低而无法得到普遍运用。针对比容量低和导电性的问题，构筑石墨烯与氧化镍的复合材料是很好的解决方法。此外，形貌结构的差异对氧化镍材料性能也有很大影响，通过不同的制备方法，如化学沉淀法、热分解法、模板法、水热法等可以获得不同形貌的复合材料。Yan等由化学沉淀方法将分层多孔的β-Ni(OH)2纳米片负载在石墨烯片层上制备出了
石墨烯基超级电容器的结构设计
石墨烯基超级电容器的结构设计 超级电容器是最具应用前景的电化学储能技术之一。目前，超级电容器的研究重点是提高能量密度和功率密度，发展具有高比表面积、电导率和结构稳定性的电极材料是关键。石墨烯因具有比表面积大、电子导电性高、力学性能好的特点而成为理想的电容材料，但石墨烯的理论容量不高，在石墨烯基电极制备过程中容易发生堆叠现象，导致材料比表面积和离子电导率下降。因此，发展合适的制备方法，对石墨烯进行修饰或与其他材料形成复合电极材料是一种有效解决途径。本文对石墨烯基电极及其在双电层电容器、法拉第准电容器和混合型超级电容器中的应用的研究进展进行归纳，重点介绍了石墨烯凝胶薄膜电极的制备过程，以促进石墨烯基电极在超级电容器构筑中应用。 传统化石能源资源的日益匮乏和环境的日趋恶化，有力地促进了太阳能和风能等可再生能源的发展但太阳能、风能具有波动性和间歇性，需要有效的储能装置保证其能够稳定的在电网中并网工作。同时，电动汽车产业的快速发展也迫切需要发展成本低、环境友好、能量密度高的储能装置。 超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的一种电化学储能装置，其容量可达几百甚至上千法拉。自1975年Conway首次提出法拉第准电容的储能原理以来，超级电容器的研发已经得到了长足的发展，日本NEC、松下、本田、日立和美国Maxell等公司开发出的小型超级电容器已开始推向市场，在小型移动电子设备、汽车能量回收等领域应用。法国SAFT公司、韩国NESE公司等也在进行超级电容器的研究和开发。美国的USMSC计划、日本的New Sunshine计划和欧洲的PNGU计划均将超级电容器列入开发内容。我国将“超级电容器关键材料的研究和制备技术”列入到《国家中长期科学和技术发展纲要（2006—2020年）》，作为能源领域中的前沿技术之一。超级电容器作为一种新型电化学储能单元，具有容量大、功率密度高、免维护、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽等优点，已在备用电源系统、便携式电子设备和电动汽车领域有广泛的应用。对于具有随机性和间歇性等特点的可再生能源发电，超级电容器应用于风力发电中可以提高风电场的运行安全。超级电容器的基本构造与应用组件如图1所示。 按照储能机理，超级电容器可分为双电层电容器（electric double layer capacitors，EDLCs）和法拉第准电容器（又叫赝电容器，pseudo-capacitors）。近年来，国内外对超级电容器储能技术的基础研究呈现出爆发式的增长，取得了很多新的突破。双电层电容器的储能机理是
详解石墨烯电池与超级电容器技术
详解石墨烯电池与超级电容器技术：来自未来的泡沫？ 北极星电力网新闻中心来源:OFweek 锂电网2015/7/13 11:27:44 我要投稿 北极星输配电网讯:一、石墨烯电池：奇迹还是虚幻? 大凡稍微关注新科技的人都会知道“石墨烯”是何物，也会知道这种材料被赋予了多高的期望。 而自打索尼公司1991年发明锂离子电池至今，锂电池技术几乎就像一条平直的线，波澜有之，幅度不足。这个瓶颈梗在这里已近15年，视摩尔定律如无物，无半分松动的意思。 然后在2004年的一天，石墨烯诞生，并助两位科学家获得诺贝尔奖。在接下来的日子里，各种炒作铺天盖地，其中最吸引人的莫过于“石墨烯电池”的概念。 石墨烯电池是指在利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新型的电池。那这种电池到底是带来新时代的奇迹，还是昙花一现的虚幻呢? “万能材料”要破解续航焦虑 石墨烯被称为“万能材料”，在各大科技领域都具有不可小觑的潜力。那在日益“烦躁”的电池界，石墨烯电池是怎么埋下希望种子的呢? 首先我们来了解一下石墨烯电池的魔力。石墨烯电池的能量密度高达600Wh/kg，这是前阵子闹得纷纷扬扬的比亚迪磷酸铁锰锂电池(未证实)能量密度的4倍。换句话说，一辆电动汽车如果想达到设定的动力蓄电池组总能量，配备石墨烯电池的重量只需普通动力电池的八分之一即可(石墨烯电池本身的重量仅为传统电池的一半)，这样可以减少车身的重量，抑或是增加电池重量，藉此达到摆脱“续航焦虑”的目的。
而真正让这种魔性电池成为国际焦点的则是特斯拉汽车公司。去年年末，特斯拉发布了两年前停产的第一代车型Roadster的升级版，其续航里程高达644公里，原版Roadster的续航里程仅为393公里)，消息一出，满座皆惊。 巨大进步背后必有重大改变。特斯拉升级版Roadster的超长续航引起了人们强烈的好奇，人们纷纷猜测是不是采用了高能量密度的石墨烯电池?但特斯拉官方对外之宣称升级版Roadster采用了改进的锂电池，关于“石墨烯电池”的话题三缄其口。 “充电5分钟跑1000公里”只是假新闻? 另一个让石墨烯电池备受关注的是西班牙Graphenano公司。该公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出世界首例石墨烯聚合材料电池，并通过实验对外宣称使用石墨烯电池作为动力的电动汽车最多能行驶1000公里，而其充电时间连8分钟都不用! 这个消息当时震惊了全球的电动汽车行业，如此彪悍的性能，难道世界要翻开新的篇章了吗?冷静下来想想，充电不到8分钟即可充满，那需要多强的电流呢?我们以日产聆风做例子来计算一下，1度电大约能跑5公里，换算成1000公里则需耗电20kWh，以8分钟充满计算，即每小时需充电150kWh，这相当于电池在高压情况(500V)下需要300A的电流。能够承受300A电流的电线，想想都觉得瘆的慌。 西方媒体曾报道称，这款“超级电池”将于2015年第一季度生产上市使用，但如今第二季度已结束，我们仍未看到此“神物”的出现。结合国内专家普遍的观点：西班牙的“超级电池”只是一条假新闻。而目前推出的石墨烯电池说来有点心酸，石墨烯在锂电池的应用只有百分之零点几的添加剂，没有一家企业能真正有产品推出来。 二、寄望石墨烯还不如期待“超级电容器” 超级电容器比超级电池靠谱多了? 什么是超级电容呢?超级电容是一种储能用的电化学元件，与传统电容器有异，与电池更是相去甚远。它又叫双电层电容器，具有许多优点：功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽、充放电线路简单、安全可靠等。