石墨烯制成的超级电容器将取代电池

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1、俄亥俄州代顿市NanotekInstruments公司新研制的石墨烯超级电容器，单位质量可储存的能量相当于镍氢电池，打破了世界纪录，而且充电或放电只需要短短几分钟、甚至几秒钟，有望取代电池。相关研究论文发表在NanoLetter上。   该超级电容器电极的制备采用了石墨烯，混合5%的超级P(一种乙炔黑，作用相当于导电添加剂)和10%的聚四氟乙烯(PTFE)结合剂。研究人员把产生的悬浮液涂在集电器表面，把硬币大小的电容器安装在隔离箱里。电解质-电极界面的制备，采用了“Celguard隔膜-3501”，而电解液是一种化学品，叫做EMIMBF4。 

2、  该公司对硬币大小超级电容器的测试表明，石墨烯电极的超级电容器的能量密度为85.6Wh/kg，而镍氢电池和锂离子电池分别为40-100Wh/kg和120Wh/kg，这是有史以来基于碳纳米材料的双电层超级电容器所达到的最高值。研究小组成员还包括来自Angstron材料研究所的科学家，他们正在努力工作以进一步提高超级电容器的能量密度。电容器电极材料研制方面取得系列进展。超级电容器是介于传统物理电容器和电池之间的一种新型储能器件，具有绿色环保、充电时间短、使用寿命长和工作温度范围宽等优点，其核心部件是性能优异的电极材料。石墨烯片（GS），作为一种

3、新型的碳材料，具有良好的导电性和大的比表面积，预计将其作为超级电容器的电极材料具有广阔的应用前景。但是纯石墨烯表面缺少功能基团导致其很难与其它材料复合或在器件上进行组装，从而限制了其深入应用。因此，对石墨烯表面进行化学修饰以便于获得各种功能复合材料是当前研究的一个热点。图1：不同PANi含量的PSS-GS/PANi“纸”电极（左）和PSS-GS与PANi纳米纤维之间的静电吸附示意图（右）图2：PSS-GS与二氧化锰在基底上的层层自组装示意图固体润滑国家重点实验室研究人员利用化学修饰后的石墨烯（PSS-GS）与聚苯胺（PANi）纳米纤维之间的静

4、电吸附作用，制备了PSS-GS/PANi复合材料胶体溶液，然后抽虑成膜得到了柔性的PSS-GS/PANi复合“纸”电极材料。另外，以PSS-GS和二氧化锰（MnO2）片为结构构筑单元，以聚电解质为粘结剂，通过层层自组装技术在导电基片（ITO）上进行组装得到了多层复合薄膜电极。电化学性能测试表明所制备的“纸”电极和多层复合薄膜电极都具有高的比电容和优异的循环寿命性能，具有很好的应用前景。  煤和石油作为储量有限的化石能源面临着污染严重、来源枯竭的困境。一个多世纪的以化石能源提供动力的工业发展，使地球的环境恶化、资源过度开采。为了实现可持续性的发

5、展，开发绿色能源模式显得尤为重要。国家中长期技术发展纲要中，把超级电容器关键材料及制备技术作为一个重要组成部分列入了前沿新材料技术研究范畴。（摘自中国科学院金属研究所一种石墨烯基柔性超级电容器及其电极材料的制备方法专利说明书）上海奥威科技开发有限公司是车用超级电容器行业标准的制定者上海奥威科技开发有限公司在其高比容量有机混合型超级电容器负极材料及其制备方法专利说明书中说：上述专利和文献报道的技术，存在如下缺点：1)密度低，电极成型密度均低于0.7g/cm3，2)比容量低，小于500F/g，大部分比容量在100-250F/g之间，严重限制了超级

6、电容电池的能量密度。理论研究表明：炭材料最大可利用的表面积为：2664m2/g，石墨烯片上的容量为0.2F/m2，其边缘比容量为石墨烯片上的20倍。如果仅利用石墨烯片上的容量，其最大物理比容量为：533F/g。一般来说，稠环芳烃及其混合物直接炭化把有机物转化为炭材料时，需经历液相炭化过程，所形成的石墨烯片尺寸较大，可达几十甚至几百纳米，然而由于石墨烯片的分子间作用力与其大小成正比，离子很难在大尺寸石墨烯片间形成双电层。另外，由于石墨烯片大，边缘碳原子的比例小，因此，其比容量很低。通过以上的描述我们可知石墨烯面积大制成的石墨烯超级电容器反而比容

7、量低中国科学院金属研究所的一种石墨烯基柔性超级电容器及其电极材料的制备方法专利说明书中显示他们是以大面积石墨烯薄膜来制造石墨烯超级电容器，制成的石墨烯超级电容器比容量在130-240F/g，确实比较低，这与上海奥威科技开发有限公司专利说明书上的说法一致而瞿研的石墨烯正是小面积的石墨烯粉末，用其制造石墨烯超级电容器比电容将会远远高于大面积石墨烯薄膜制造的石墨烯超级电容器因此，力合石墨烯超级电容器比中科院金属所的石墨烯超级电容器强石墨烯片上的容量为0.2F/m2，其边缘比容量为石墨烯片上的20倍。如果仅利用石墨烯片上的容量，其最大物理比容量为：5

8、33F/g。那么石墨烯片的边缘最大物理比容量即为10660F/g，替代锂电池已经不成问题。 浸渍技术改进超级电容器　　更新：2011-10-0812:57:32来源