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1、碳纳米片作为超级电容器电极材料摘要：碳纳米片由1-7层主要是垂直朝向衬底的石墨烯层组成。碳纳米片的厚度和形态的变化取决于前面生长和衬底温度。他们有一个超低平面电阻率。碳纳米片的电容可在标准的电化学三电极电解电池下用循环伏安法测量,其中包含铂对电极和标准汞/硫酸亚汞参比电极在6MH2SO4电解液。作为工作电极,碳纳米片的电容被发现是单位面积0.076F厘米−2。用数学模型来模拟一个包含碳纳米片作为电极材料并被发现是1.49×104F的虚拟超级电容器单元的总可能电容。1.介绍这里说的超级电容器(supercapacitororultracapacitor)与传统的超级电容相比，前
2、者具有超高电容。超级电容器的电容通过电化学双层建立(EDLC)[1-3]。超级电容器和电池对于便携式电子设备,风力发电和电动汽车(EV)[4]来说都是至关重要的能源/电力存储设备。电动汽车产业的发展主要依靠生活的进步,快速充电、大容量电池。电池和超级电容器并不是相互替换,而且在电动汽车的传动系的系统有不同的作用。电池依靠化学反应和电解质离子扩散产生/储存能量而且可以提供的能量比超级电容器更多。超级电容器的存储/释放能量取决于电化学双层,设备上避免了化学反应所以可以快速充电和放电。超级电容器可以重复使用多年而不退化和在电解质/电极中不含重离子,因此,它是一种环保设备。超级电容器
3、的大电容量源于高导电材料的比表面积很高。传统超级电容器由活性炭颗粒或碳纤维组成。这些碳材料理论上有很高的比表面积(1000-2000平方米克−1)。相应地计算单位表面积活性炭材料的电容是10-15F厘米−2。因此,超级电容器用活性炭材料作为电极,具有更高的理论电容值(100-300Fg−1)相比普通电容器(大约F或pF)和内阻比电池内阻少得多。此外,多达40%的能源可以恢复。通过在supercapacitor-bus制动。根据Pandolfo和Hollenkamp[5]和Obreja[6]的评论,传统碳超级电容器有一个1-10(Whkg−1)的比能和0.5-10(kWkg−1
4、)的功率系数。几十甚至上百公斤的超级电容器也需要一个电动汽车。传统的铅酸电池通常是30-40Whkg−1和现代锂电池120Whkg−1,因此,重要的是要提高EDLC物理极限和减少体重。两个因素限制超级电容器的容值：孔隙分布和电极材料的电阻。为了改善电极性能,材料的孔隙分布应该优化。电极的电阻是另一种常见的限制约束。为了增加功率系数,电极材料的体电阻和界面电阻应该最小化。几种碳纳米材料,如碳纳米管(碳纳米管、单壁和多壁)和石墨烯作为超级电容器电极材料[7-9]吸引了研究兴趣。碳纳米结构都是由sp2-bonded碳。石墨烯是一种单原子层的碳六角形结构(10、11)。碳纳米管是一个
5、管状几何由一个或多个石墨烯层组成。理论和实验测量结果表明,碳纳米管和石墨烯中对电子转移有超低的电阻率[12]。在室温下,石墨烯片的电阻率为10−6厘米(少于银的电阻率)。一个石墨烯片的比表面积可达到接近2630平方米克−1[7]。研究在麻省理工学院LEES项目带领下，已演示了30Whkg−1超级电容器。石墨烯超级电容器的研究,由罗夫和同事(7、15)最近报道,化学修饰石墨烯(CMG)可以在水溶液中获得非常高单位电容(137Fg−1)。Nanogate碳®[16]能够获得30-75Whkg−1。这个碳质材料,由石墨结构夹层距离0.375nm的预热石油焦产生。人们建议,化学气相沉
6、积是制作高质量的石墨烯薄膜(10、11)的最好技术,如发展碳纳米片的王等人[19]运用的射频等离子体增强化学汽相淀积。碳纳米片是二维石墨片由1–7层石墨烯层(平均三层),通常终止在一个石墨烯片(20、21)。碳纳米片的比表面积可用BET方法测量(18、19、22)并且被发现约1100平方米克−1。通过改变沉积时间,中枢神经系统高度可以发生从100纳米到>10m改变。中枢神经系统的形态可通过调整衬底温度和采用不同的前体进行调节。中枢神经系统可以合成大量纯形式(杂质<100ppm,由粒子诱导的x射线辐射,PIXE)[22]。垂直对齐碳纳米片是二维纳米片,代表三维纳米孔。衬底偏压电
7、场的对齐中枢神经系统有序,平行平面几何300纳米宽,1米高[22]。在这项研究中,中枢神经系统的电容的测量是通过用一个数学模型--一个标准的包含6MH2SO4电化学环境和经验值来评估一个虚拟EDLC。2.方法碳纳米片由之前被报道的(18-23)等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统制作。简而言之,在沉积过程中,400-1200W射频(RF,13.56MHz)功率电感耦合到沉积室通过在一个石英窗口放置平面盘绕的射频天线。先驱气体甲烷(CH4)是作为碳源并且混合着氢气(H2)作为载气。感应等离子体的密度
