石墨烯化学储能器件的研究进展

《石墨烯化学储能器件的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、STC题目：石墨烯化学储能器件的研宄进展作者：贾丽沙学号：2013050203030石墨烯化学储能器件的研宄进展摘要:石墨烯独特的二维空间结构使其具有优异的导电性能、力学性能以及超大的比表面积,被认为是颇具潜力的新型储能材料，是目前储能研宂的热点之一。本文综述了石墨烯在储氢、超级电容器、锂离子电池以及锂•空气电池等化学储能领域中的应用，探讨了不同制备方法对其性能的影响。石墨烯以其特殊的空间结构而成为极具前景的储氢材料，同时与其它材料复合后形成三维导电网络结构而提高电极材料的电化学性能，还可以缓冲电极材料在循环过程中的体积变化，有效提升储能材料的循环寿命。通过优化复合材料的微观结构，将进一步提

2、高其电化学性能。本文最后就石墨烯在储能应用中的关键问题进行了简要分析。关键词：石墨烯；化学储能；储氢；超级电容器；锂离子电池；锂-空气电池新型储能材料的研发是推动高效储能技术发展的基础。近年來，化学储能领域对石墨烯的研宂主要集中在氢能存储、超级电界器制造、锂离子电池和锂-空气电池制造等方面。研宄的重点则集屮在对石墨烯制备方法的探索，对石墨烯功能化的试验研宄以及基于石墨烯木身性质来研发结构完善的高性能石墨烯基储能元件。一、储氢方面氢能源作为二次清洁能源是能源发展计划中不可或缺的新能源之一。其具有损耗少、无污染、回收利用率商、且利用形式多样等特点，被誉为21世纪的绿色能源。利用特殊材料吸附氢是一

3、种新型的储氢方法，研究结果表明，目前已使用的活性炭、富勒烯以及碳纳米纤维等碳材料的储級能力均未达到理想的状态，而作为sp2杂化碳基本构成单元的石墨烯自问世以来，就展现出相对于其他碳材料更力优异的储氢性能，国内外学者也因此积极探索石墨烯及其复合结构在储氢方面的潜能。但目前，有关石墨烯储氢的实际研宂结果与理论各量仍有一定距离。Chen等利用二维石墨烯片掺杂钯纳米颗粒后再浞合活性炭受体，用作储氢材料。实验证明，这种材料在lOMPa下储氢量为0.82%（质量分数），比不含石墨烯的钯材料提升了49%,而且此材料的吸附是高度可逆的。石墨烯储氢性能好坏与其实际的比表面积大小和活性掺杂物等密切相关。探索不同

4、的石墨烯制备工艺，对石墨烯进行有效摻杂/复合是以后石墨烯储氢材料研宂的重要方向。二、超级电容器方面超级电容器又可称为双电层电容器，是一种新型储能器件，具有充放电效率高、绿色环保、安全可靠、以及循环可逆性等优点，可以广泛应用于移动通讯、计算机技术、航空航天和国防科技等领域。因此其独立支撑的电极必须具备力学强度高和电界大的特质。相对于其他碳材料，石墨烯的电导率商、比表而积大、且化学结构稳定，更加适合作为超级电容器电极材料。MnO2作为一种价格低、可广泛采用的金属氧化物材料，不需要使用强酸强碱电解质，中性电解质即可，因而环境友好、安全方便；此外，纳米MnO2电化学活性较高，因此石墨烯与MnO2复合

5、材料的研宂获得大量关注。Fan等将KMnO4与石墨烯混合，利用微波辐射的方法将KMnO4还原成MnO2,还原成的MnO2沉积在石墨烯表而，这样的复合材料作阳极，活性炭作阴极得到比容量为114F/g的超级电容器。利用微波辐射的方法，Yan等把MnO2自沉积在石墨烯表面形成MnO2/石墨烯复合材料。在2mV/s下比容量达到310F/g,是纯石墨烯的3倍。而且在比较大的扫描速率范围lAl仍能保持很高的电容保留率（在100inV/S下达到88%,500mV/s下达到74%）。Peng等则在这些基础上将MnO2纳米片与石墨烯混合制成柔性平L&J超级电容器。这种平时结构不仅引入更多的电化学表时吸附/解析

6、电解液离子，而且提供®多的界面川于充放电过程屮电荷的传输。其电化学比容量可达到233F/g,7000次充放电循环后仍可保持92%的荇量。—2Dmigrationdirectionfobiddenmigrationdirection••clccirolyicions图1以6-MnO2/石墨烯混合结构为基础的柔性平面超级电容器目前大多数研宄观点认为商温环境是化学法还原氧化石墨烯的必要条件，但LU等在真空环境屮、并在200°C这一远低于理论临界剥离温度［［8】］的条件下成功制得了石墨烯。相比高温法制得的石墨烯，通过这种方法制山的石墨烯，其比容量更高，达到了279F/g。quickremoveofo

7、xygenresultsinlastcxlolianonofgrapheneshecisexpansion-exfoliationhighvacuumexertsanoutwarddrawingforceonihcgrapheneshcclswhenox>genisremovedatloutemperature图2石墨烯化学剥离示意图石墨烯是制作高效、高能、柔韧和微型超级电容器很有潜力的材料。实现石墨烯高的有