采用干法電極制備工藝成功制備了活性石墨烯/活性炭復合電極片,分別用扣式電容器和軟包電容器考察活性石墨烯/活性炭復合電極的電化學性能。綜合結(jié)果表明,復合電極中活性石墨烯的含量為10%（質(zhì)量分數(shù)）較為合適,相較于純活性炭電極,比容量提高了10.8%。本工作驗證了活性石墨烯材料在商用超級電容器中的適用性,證實了活性石墨烯是一種非常具有實際應用價值的電極材料。但目前,活性石墨烯并未真正產(chǎn)業(yè)化,其成本遠高于商用活性炭。在未來,如何解決活性石墨烯工程制備技術(shù)難題和降低成本是材料產(chǎn)業(yè)界亟待解決的難題。 

【文章來源】：儲能科學與技術(shù). 2016,5(04)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

活性石墨烯SEM（a）和TEM圖（b）；（c）活性石墨烯的氮氣吸附脫附曲線

??┑謀缺礱婊??到2406m2/g，孔徑分布在2～5nm，這與高分辨投射電鏡[圖1(b)]的結(jié)果是對應的。同時，這些孔徑大小與電解液離子大小是匹配的。根據(jù)雙電層超級電容器儲能機理，具有合適孔徑結(jié)構(gòu)的高比表面積的電極材料更能發(fā)揮高的儲能效果，前期的研究結(jié)果已經(jīng)表明這種活性石墨烯是一種優(yōu)異的電極材料[8]，但這種材料難以用傳統(tǒng)的濕法涂布工藝制備電極片。2.2活性石墨烯/活性炭復合電極片形貌表征分析為了解決活性石墨烯電極片難以加工的問題，本實驗采用不添加任何溶劑的“干法電極制備工藝”。具體過程如圖2所示，由于PTFE具有良好的線性形變方式，使得其成為了“干法電極制備”過程唯一的黏結(jié)劑。具體來說，其制備是將活性炭、活性石墨烯、導電炭黑以及PTFE粉末預先均勻混合，將上述所得混合物進行“超強剪切”（PTFE發(fā)生由球形到線形的形變，使得炭黑與活性石墨烯、活性炭粘貼在黏結(jié)劑表面），緊接著將所得的干態(tài)混合物依次進行“垂直碾壓形成炭膜”和“水平碾壓”提高電極密度，在獲得厚度均一的炭膜后將其與集流體通過導電膠粘貼在一起，加熱固化后即可得到活性石墨烯/活性炭干法電極片。圖2活性石墨烯/活性炭干法電極制備工藝示意圖Fig.2Thedryprocessdiagramofactivatedgraphene/activatedcarbonpreparation圖3(a)為10%（質(zhì)量分數(shù)）活性石墨烯的復合干法電極片電子照片，圖3(b)、3(c)為電極片在不同放大倍數(shù)下掃描電鏡照片。從圖中可以看出電極片中碳顆粒接觸緊密，表明經(jīng)過兩步碾壓過程能提高電極片的密度，能提高單體電容器中活性物質(zhì)的

第4期鄭超等：活性石墨烯/活性炭干法復合電極片制備及其在超級電容器中的應用年489圖3（a）活性石墨烯/活性炭干法電極片電子照片，（b）和（c）干法電極片SEM圖Fig.3(a)Pictureofactivatedgraphene/activatedcarbonelectrode;(b)(c)SEMimagesofelectrode含量。從圖中也可以觀察到活性石墨烯與活性炭顆粒尺寸較為接近，經(jīng)過超高速剪切分散后，活性石墨烯在復合電極片中分散較好。高倍掃描電鏡[圖3(c)]照片進一步證實薄片狀的活性石墨烯分散良好，連接活性炭顆粒，同時起到導電橋聯(lián)的作用。2.3電化學性能表征分析為了考察復合電極片中活性石墨烯的含量對其儲能性能的影響，我們首先選擇扣式電容器評價不同比例的復合電極的電化學性能，從而快速篩選合適的配比。不同比例的石墨烯/活性炭扣式超級電容器倍率性能曲線如圖4(a)所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)活性石墨烯的添加可以顯著提高電極的比容量，并且隨著活性石墨烯含量的增大，復合電極的比容量逐漸增大。當復合電極中活性石墨烯的含量為10%（質(zhì)量分數(shù)）時，在200mA/g的測試條件下其比容量為22F/g，相較于純活性炭，比容量提高了10%；當活性石墨烯的含量為20%（質(zhì)量分數(shù)）時，復合電極比容量為22.8F/g（電流密度200mA/g），相較于純活性炭，比容量提高了14%；純活性石墨烯電極在200mA/g的測試條件下比容量為24.3F/g，相較于純活性炭，比容量提高了21.5%。測試結(jié)果證明活性石墨烯是一種優(yōu)異的電極材料，其質(zhì)量比容量遠高于商用活性炭。但活性石墨烯的振實密度僅為0.2g/mL，低于活性炭的0.4g/mL，復合電極中活性石墨烯的含量過大，會影響復合電極的密度，限制體積密度的發(fā)揮。從測試數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)當活性石墨烯的含量超過10%（質(zhì)量分數(shù)）時，比容量提高的趨勢逐漸降低。另外，從成本角度考?


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