石墨烯超级电容器的性能研究与优化

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石墨烯的高电导率和高比表面积的特性使其非常适合做超级电容器的电极,如何实现高质量石墨烯的量产是现今研究的热点。本文以改进的Hummers法制备氧化石墨,通过管式炉高温还原法制备石墨烯,并对所得产物进行XRD、SEM、TEM表征和BET比表面积测试,测得石墨烯比表面积高达853m2/g。泡沫镍和铝箔是两种常用的集流体材料,铝箔相比于泡沫镍拥有更高的电导率,但是铝箔表面过于光滑不利于活性物质粘附,本文制备了基于石墨烯的双电层的超级电容器;并通过电化学方法对铝箔表面进行刻蚀来提升超级电容器性能。具体研究内容如下:(1)分别采用1.Omol/L和1.5mol/L的Na2SO4溶液做超级电容器的电解液,并对比两种超级电容器的电化学性能,结果证明1.0mol/L的Na2SO4溶液更适合做超级电容器电解液。(2)分别采用泡沫镍和铝箔做集流体制备超级电容器并测试两者的电化学性能,结果表明泡沫镍比未经刻蚀的铝光箔拥有更好的电化学性能,因此可以考虑对铝箔进行电化学刻蚀来提升铝箔超级电容器的电化学性能。(3)通过对铝箔进行电化学刻蚀,分析刻蚀溶液的浓度比、时间以及电流密度对电容性能的影响来找出相对优化的刻蚀工艺:在刻蚀条件为HCl、H2SO4浓度比为3:1,刻蚀电流密度为70mA/cm2,刻蚀时间为140s时所得到的铝箔具备最佳的电容性能。
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