组合采用氧化石墨烯与石墨烯微片制备的石墨烯基复合薄膜兼具高导电性和高比电容，其比容量高达191.1 F g-1，远超纯石墨薄膜（6.7 F g-1）。由其组装的柔性超级电容器在不同角度弯曲时电容均没有下降，并且在4500次弯曲释放循环（0-180°）后超级电容器的电容保持率保持在55.8%。石墨烯基复合膜优异的机械性能和电化学性能使其在柔性超级电容器中具有广阔的应用前景。
以上研究工作由中国科学院宁波材料所研究员、国家石墨烯创新中心主任刘兆平等人完成，以“A flexible composite film electrode and supercapacitor based on combined effect between graphene oxide and graphene”为题发表在Materials Science and Engineering: B期刊上。
石墨烯与柔性超级电容器
柔性超级电容器作为一种非常规储能器件，不仅需要优异的电化学性能，还需要良好的变形能力。通过特殊的结构设计，传统的刚性超级电容器可以是可弯曲或可拉伸的。然而，制造柔性的薄膜电极仍然具有挑战性，因为大多数活性材料都是刚性的。石墨烯薄膜因其大比表面积和高导电性在柔性超级电容器领域引起了广泛关注，但电容（与结构缺陷正相关）和导电性（与结构缺陷负相关）之间的权衡仍然阻碍着其应用。
石墨烯的性能很大程度上取决于其制备方法。在刘兆平等人的研究中，基于相似的共轭结构，通过结构设计，对石墨烯微片和氧化石墨烯的性能互补。通过掺入石墨烯微片可以提高薄膜的导电性和强度。相反，添加氧化石墨烯将提高薄膜的电容和延展性能。同时，石墨烯微片或氧化石墨烯普遍存在的堆叠问题可能在组合过程中得到有效解决。组合策略为设计制备基于石墨烯薄膜的柔性超级电容器提供了一种有前途的方法。
研究结论
在实验中，通过结合高导电性石墨烯薄片和柔性氧化石墨烯片，制备了具有高导电性和高比电容的自支撑复合薄膜，有效增强了石墨烯基复合薄膜电极的机械性能和电化学性能。在中等温度下，热还原后，残余的官能团避免了石墨烯片层之间的π-π堆积，保留的多孔结构有效地调节了复合膜的机械性能。该石墨烯基复合薄膜表现出191.1 F g -1的高比电容，远远超过纯石墨烯薄膜（6.7 F g -1）。同时，引入氧化石墨烯后，复合薄膜中石墨烯的质量比电容从6.7 F g-1增加到138 F g-1。
研究表明，选择性去除含氧官能团不仅可以提供还原氧化石墨烯优异的赝电容，而且可以有效防止石墨烯重新堆叠。组装好的柔性超级电容器在以不同角度弯曲时没有表现出电容下降。此外，该器件在4500次弯曲释放循环（0-180°）后仍保持55.78%的电容保持率。复合薄膜的优异性能说明氧化石墨烯和石墨烯微片之间的联合效应在高性能石墨烯基柔性超级电容器的开发中发挥着关键作用。
实验过程及结果图示
图1.还原氧化石墨烯-石墨烯微片复合薄膜的制备工艺示意图
图2. (a) 石墨烯微片、GOG 和 GO 悬浮液（从左到右）在铺设七天前后的数码照片。(b）GOG-I薄膜的表面和横截面（插图）形态，（c）原子力显微镜（AFM）图像，以及（d）拉曼图（ID/IG）。
图3. (a) 石墨烯薄膜、(b) rGOG-I 薄膜、(c) rGOG-II 薄膜、(d) rGOG-III 薄膜和 (e) rGO 薄膜的截面 SEM 图像。(f) GO和rGO的傅立叶变换红外光谱。
图4. (a) 复合薄膜的应力-应变曲线和 rGOG-I 薄膜的光学图像。(b) 复合薄膜的电导率和 (c) 循环伏安曲线。(d) 不同电流密度下复合薄膜的比电容。(e) 不同电极中石墨烯（窄柱）和整个电极（宽柱）的质量比电容。(f) 电化学阻抗谱，其中点代表测量数据，线代表拟合结果。
图5. 比较不同组分薄膜的电导率、比电容、电容保持率（%）、拉伸强度和断裂伸长率的径向图。
图6. 基于复合膜的柔性超级电容器的电化学性能。(不同弯曲角度下柔性超级电容器的（a）结构图，（b，c）光学图像，（d）GCDs，（e）CVs和（f）EISs曲线。(g) 弯曲循环后的电容保持率（插图为GCDs曲线）、(h) CVs和(i) EISs。
文献链接：https://doi.org/10.1016/j.mseb.2023.116724
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