超级电容器

中科院山西煤化所709组“煤基快充石墨负极材料”、“高通量石墨烯导热膜产业化技术”、“高性能超级电容器批量化制备技术”三个高技术项目进入复赛。技术人员通过路演PPT，从项目规划、人才团队、技术水平、商业模式、市场前景等方面系统介绍了创业项目，展示出项目的高技术门槛和良好的产业化前景，受到现场媒体、创投风投机构的高度关注。

石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于已有的研究成果，应用领域分布广泛包括新能源电池、电子制造、节能环保等领域。

本研究以未经过任何活化或其他表面修饰的CFs为基底，开发了一种基于石墨烯气凝胶(GA)修饰CF电极的多功能结构超级电容器。通过探索水相氧化石墨烯的水热自组装工艺制备了GA，并将其与碳纤维(CFs)结合以提高比表面积，最终提高结构超级电容器的存储容量。采用不同的负载量来确定GA负载对超级电容器电化学性能的影响。由于静电纺丝纳米薄膜的高孔隙率和极低的厚度，从而最大限度地降低了结构超级电容器的内阻，因此被用作隔膜材料。此外，它具有离子导电性和电绝缘性，这使得它适合于隔膜功能。使用薄的静电纺纳米纤维隔膜也防止了设备中电极的短路。

这里报道了一种新的电化学-凝固型电泳沉积方法，包括气泡模板法和原位微波还原过程，在超薄石墨纸上可控制备了硫、氮掺杂的石墨烯泡沫(dGF)。dGF材料拥有相互交错的孔结构，高的比表面积，以及硫和氮共掺杂，显示出高的比电容达354 F·g-1，以及良好的倍率性能。由于石墨纸作为沉积基底和原位微波还原引发剂的优点，通过定制石墨纸的形状可以方便地获得叉指电极。组装的柔性超级电容器的能量密度为71.5 W h kg-1（功率密度为0.65 kW kg-1），并且在10 000次充放电循环后仍能保持99.5%的比电容。

锂离子电容器(LIC)作为一种有前途的储能系统，在高能量密度和功率密度储能器件方面显示出巨大的潜力。但受限于阳极倍率性能差、阴极容量不足，其性能有待进一步提升。这项工作为超快速制造石墨烯基碳材料用于高性能锂离子电容器提供了一个通用而有效的方案。

通过采用Ni-Co层状双氢氧化物 (LDH) 和磺化石墨烯纳米片 (SGN) 的异质组装策略，获得了具有静电相互作用的混合复合材料。根据带负电荷的SGN取代带正电荷的LDH主体板的层间硝酸根阴离子，可以增加混合复合材料表面上Ni3+的丰度，以加强混合复合材料内的静电相互作用。正如预期的那样，LDH与SGN的有效耦合确保了异构组件的均匀结合。混合复合材料的独特结构加速了电化学反应过程中的电子转移和离子扩散过程，有利于提高电池型电极的电化学性能。

通过在GO纳米片之间嵌入T-Nb 2 O 5纳米线，开发了一种T-Nb 2 O 5 /rGO复合材料，以结合T-Nb 2 O 5特殊的嵌入拟电容行为和rGO良好导电性的优点。T-Nb2O5 /rGO杂化物具有高比容量、超长循环寿命和良好的倍率保持率，在高性能非对称超级电容器中显示出良好的应用前景。

我们分别通过氮烯化学从石墨烯和具有甲氧基聚乙二醇 (mPEG) 的碳纳米管制备了G>N-PEGm纳米片和CNT>N-PEGm的二维大分子刷。由于采用典型的溶剂热方法，合成了Co3O4-G>N-PEGm-CNT>N-PEGm（Co3O4-GC）三元复合材料的分层花状球体，其呈现蜂窝状结构，作为“离子缓冲储层”和超薄2-4 nm Co3O4纳米片中的大量离子扩散通道。作为典型的电池型正极材料，Co3O4-GC在0.5 A g-1时可实现高达 173.3 mAh g-1的高容量（比电容可达到 1783 F g-1）。另一方面，由多孔石墨烯和酸改性的CNTc形成的3D多孔还原氧化石墨烯和羧基CNT气凝胶（HRGO-CNTc，表示为HRGC）在0.5 A g-1下为 282.3 Fg-1（78.4 mAh g-1），表现出优异的长循环性能。以先进的电池型Co3O4-GC为正极，3D HRGC气凝胶为负极，进一步制备了非对称超级电容器Co3O4-GC//3D HRGC能量器件的先进双“离子缓冲储层”，同时具有优异性能的非对称器件用于储能和能量转换潜在应用，在775 W kg-1的功率密度下表现出42.6 Wh kg-1的能量密度，在10,000次循环后81.1%的电容保持。

研究提出了一种快速方便的方法，通过简单的一步法大规模制备石墨烯纸（GP）作为柔性集流体。通过电化学沉积方法获得了GP和MnO2集成的复合电极作为柔性超级电容器，无需使用粘合剂或导电剂。

总之，研究人员首次报道了稳定的石墨烯气溶胶凝胶墨水的配方，该墨水使用在氧气存在下由烃类合成的气溶胶凝胶，采用工业可扩展的爆炸合成工艺。来自这种无催化剂和节能工艺的石墨烯气溶胶凝胶，当转化为石墨烯气溶胶凝胶墨水时，成功应用于柔性印刷微型超级电容器电子设备，通过 10000 次操作循环测量，具有约 80% 的能量保留，具有可靠和稳定的电池特性 . 进一步优化气溶胶凝胶和墨水的结构-性能关系将有助于在未来实现具有更高电容和能量密度的微型超级电容器。我们创造可印刷油墨的方法与材料的新型爆炸合成密切相关，因此开辟了许多途径，例如灵活和可弯曲的微电子和传感。

能量存储应用非常需要生产超过 550 F g -1纯石墨烯材料理论极限的高电容电极，但工艺简单的情况下仍然是一个挑战。本文，斯威本科技大学研究人员在《Small》期刊发表论文，研究通过理论分析指导反应条件的合理设计，提出并证明了通过低成本和一步闪蒸工艺超快（毫秒内）制造高性能石墨烯/MnO电极。