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【干货】未来便携式储能之星——石墨烯柔性超级电容器!

烯碳资讯  · 公众号  ·  · 2017-05-17 16:55

正文


小烯导读


石墨烯具备独特的结构和 电化学性能,是一 种具有潜力的柔性超级电容器的电极材料。柔性 超级电容器中的石墨烯可以实现多种类型的 变形,而且变形过程中电化 学性能保持稳定,从而很大程度上推动了柔性超 级电容器领域的前进。相信随着石墨烯性能的完 善及配套微加工技术的精进,石墨烯柔性超级电 容器会向越来越广阔的应用空间发展。


随着科学技术的进步,工业化和信息化 的迅速发展,计算机、移动电话、照相机等电子产品已成为生活中的必需品。由台式机向笔记本电脑、座机向移动电话的转变,都表明 类对电子设备的要求已不仅仅局限在“可使用”,而是逐步向便携化迈进。 这就要求电子设备的储能系统必须具备长时间的供电能力,才可使电子设备脱离电源线的约束,成为方便使用的可移动装置。超级电容器是一种新型的储能器件,具有高容量、高功率密度、高充放电速度等优点。



柔性超级电容器是超级电容器的一个分 类。超级电容器是由电极材料、集流体、隔膜、电解液组成,而 柔性超级电容器是由柔性基底、电极材料、固态电解质组成。其中电极材料可同时起到储存能量和集流体的作用,固态电解质可同时起到电解质和隔膜的作用。 与传统超级电容器相比, 柔性超级电容器具有以下优点:选用性能稳定的电极材料,提高了安全性;超薄的电极材料和精简的组装过程,大大缩减了体积,使整个器件更小型、轻质;电极材料和电解质材料用量少,降低了生产成本,且安全环保。


1、柔性超级电容器的工作原理

柔性超级电容器与超级电容器的工作原理 相同,可分为双电层储能机制、赝电容储能机制和复合储能机制:


(1) 双电层储能机制是利用电极材料与电 解质的接触面存储电荷,形成两个电荷层,整个过程不发生化学反应,仅是离子的吸脱附。

(2) 赝电容储能机制是利用电极材料中活性 物质表面发生的可逆的氧化还原反应存储电荷的,属于法拉第反应过程。

(3) 复合储能机制指整个反应过程同时出现 双电层储能机制和赝电容储能机制。

例如:双电层储能过程中,仅是电荷的吸脱附,电极材料的循环寿命高,但是储存电荷的表面积有限,电容值较低;而赝电容储能过程可获得较高的电容值,但由于氧化还原反应的不可逆性,循环寿命较低。两种机制协同作用,发挥各自的优点,弥补各自的不足,将超级电容器的电化学性能完全发挥出来。

2、石墨烯基柔性超级电容器


(1) 基于石墨烯的柔性超级电容器

石墨烯是由sp2杂化的碳原子密排成蜂窝状 的二维晶体结构。自问世以来,由于其具有高比 表面积、优异的电学性能和稳定的化学性能等特 点,在超级电容器领域备受关注。



Stoller等以 KOH化学改性的石墨烯作为电极材料,验证了 石墨烯应用在超级电容器电极材料领域的可行 性。自此,关于石墨烯作为超级电容器的电极材 料的研究层出不穷。如图1所示,石墨烯柔性超 级电容器具有不同的组成形式。


Chen等将氧化







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