动力燃料电池化学电池产品及应用的研究与开发，取得了定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短温度特性差化学电池污染环境系统复杂造价高昂等致命弱点，直没有很好的解决办法。而超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国特别是西方发达国家都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比电池具有更高的功率密度和更长的循环寿命。经过大量的研究发现，影响超级电容器电化学性能的主要因素为电极材料和电解液。其中电极材料的比表面积孔径分布表面官能团以及微孔和中孔的比例是影响材料电化学性能的主要因素，所以超级电容器电极材料的制各及优化是项很有意义的研究工作。二〇二年五月二十四日星期四电化学电容器概况电容器的原理及结构超级电容器结构图为超级电容器的模型。超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂或高氯酸四乙氨。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量由下式确定其中ε是电解质的介电常数，是由电极界面到离子中心的距离，是干燥得到样品二〇二年五月二十四日星期四石墨烯的制备在水溶剂中石墨烯的制备超声搅拌需要全文联系氧化石墨加入沸腾反应得到样品冷却过滤干燥加入水合肼加热至沸去离子水二〇二年五月二十四日星期四氧化石墨烯或石墨烯复合体的合成及电化学性能二〇二年五月二十四日星期四摘要近年来，氧化石墨烯和石墨烯以其独特的结构和优异的性能，在化学物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣。它们与过渡金属氧化物形成的纳米复合材料是种很有发展前景的新型材料。在过渡金属氧化物中，二氧化锰由于其资源广泛价格低廉环境友好，受到了国内外研究者的关注。用二氧化锰作为电极改性材料，首先是由于纳米二氧化锰具有很大的比表面积，其次本身也会发生氧化还原反应形成赝电容，有助于提高电容器的电容量。本文采用改进的法对天然石墨进行氧化处理制备氧化石墨，在水溶剂或醇溶剂中经超声分散，加入和形成氧化石墨烯复合材料。另方面，将制得的氧化石墨在水合肼的作用下加热还原制备石墨烯，同样加入和形成石墨烯复合材料。实验采用三电极体系，作为电解液，通过循环伏安恒流充放电交流阻抗测试，考察并讨论了溶剂种类和的加入量反应时间以及还原过程中水合肼用量等对氧化石墨烯石墨烯电化学性能的影响。关键词氧化石墨烯石墨烯电化学性能二〇二年五月二十四日星期四二〇二年五月二十四日星期四目录摘要文献综述引言电化学电容器概况电容器的原理及结构超级电容器的性能特点超级电容器的主要特性超级电容器恒流充电特性分析常用电容器超级电容器发展动态超级电容器材料碳材料金属氧化物导电聚合物超级电容器电解液水系电解液有机电解液固态电解质离子液体电极材料的性能测试方法循环伏安特性曲线循环伏安特性曲线测试原理恒电流充放电法交流阻抗法实验方法主要化学试剂和仪器设备化学试剂仪器设备实验方法氧化石墨的合成氧化石墨烯的制备二〇二年五月二十四日星期四石墨烯的制备超级电容器电极片的制备,氧化石墨烯石墨烯复合材料电极片性能测试,电化学性能测试体系,氧化石墨烯石墨烯电极片性能测试空白试验,氧化石墨烯的电化学性能测试,石墨烯的电化学性能测试,氧化石墨烯石墨烯复合材料电极片性能测试,氧化石墨烯复合材料的电化学性能测试,石墨烯复合材料的电化学性能测试,结论,参考文献,致谢,二〇二年五月二十四日星期四文献综述引言伴随着人口的急剧增长和社会经济的快速发展，资源和能源同渐枯竭，生态环境日益恶化，为满足消费者的使用需求和环保要求，人们对动力电源系统提出了以下要求性能，测试原理循环伏安法是指在电极上施加个线性扫描电压，以恒定的变化速度扫描，当达到设定的终止电位时，再反向回归至设定的起始电位，循环伏安法电位与时间的关系为见图图循环伏安法电位与时间的关系若电极反应为，反应前溶液中只含有反应粒子，且在溶液均可溶，控制扫描起始电势从比体系标准平衡电势正得多的起始电势处开始势作正向电扫描，电流响应曲线则如图所示。图电流响应曲线平二〇二年五月二十四日星期四当电极电势逐渐负移到附近时，开始在电极上还原，并有法拉第电流通过。由于电势越来越负，电极表面反应物的浓度逐渐下降，因此向电极表面的流量和电流就增加。当的表面浓度下降到近于零，电流也增加到最大值，然后电流逐渐下降。当电势达到后，又改为反向扫描。随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的粒子的浓度较大，在电势接近并通过时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成的方向发展。于是开始被氧化，并且电流增大到峰值氧化电流，随后又由于的显著消耗而引起电流衰降。整个曲线称为循环伏安曲线。本论文中循环伏安测试是采用上海辰华仪器公司的电化学工作站，以的溶液为电解质，使用标准饱和甘汞电极作为参比电极，对电极为在中性溶液中稳定的压实的泡沫镍。根据碳材料的电化学特性，设置扫描速率为。在循环伏安技术中，扫速对于获取的信号有非常大的影响。随着扫速的增大，电极的电流响应值也增加。般情况下，对于同电位，电极的比容量随扫速的增大而减小。这是因为在大的扫速下，电解液离子来不及进入到电极材料的内部，导致离子与电极材料进行点和交换主要发生在电极表面上。当扫描速率很小时，这种电荷交换既发生在电极内部，也发生在电极表面，所以在小扫速下，电极材料有较大的比电容量。同时在电容器容量不变的情况下，扫速越快曲线偏离矩形越远。恒电流充放电法恒电流充放电法是研究电容器的电化学性能及使用寿命的最常用方法。它的基本原理为使处于特定充放电状态下的被测电极在恒电流条件下放电，同时考察其电位随时间的变化。对超级电容器，采用恒定电流进行充放电时来模拟电解池在小幅正弦交变信号作用下的性质。这就是交流阻抗测试的原理。二〇二年五月二十四日星期四实验方法主要化学试剂和仪器设备化学试剂本研究所用的主要化学试剂及规格见表。表主要化学试剂试剂名称规格备注天然石墨浓硫酸硝酸钠双氧水高锰酸钾氯化锰无水乙醇丙酮无水硫酸钠水合肼分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯大连海运试剂厂国药集团华学试剂有限公司大连海运试剂厂天津市科密欧化学试剂有限公司天津市科密欧化学试剂有限公司天津市科密欧化学试剂有限公司天津市科密欧化学试剂有限公司国药集团华学试剂有限公司国药集团华学试剂有限公司仪器设备本研究所用的仪器设备及型号见表。表仪器设备实验仪器型号备注集热式恒温加热磁力搅拌器恒温磁力搅拌器电热恒温鼓风干燥箱电子天平真空干燥箱超音波清洗器循环水式真空泵电化学工作站型型型型型型Ⅲ巩义市予华仪器有限责任公司巩义市予华仪器有限责任公司上海精宏实验设备有限公司奥豪斯仪器上海有限公司上海恒科技有限公司昆山市超声仪器有限公司巩义市予华仪器有限责任公司上海辰华仪器有限公司二〇二年五月二十四日星期四实验方法氧化石墨的合成采用法制备氧化石墨。在冰浴中，将石墨粉硝酸钠与浓硫酸混合均匀，搅拌条件下缓慢加入。然后将其转移至水浴反应。逐步加入去离子水，并升温至继续反应，混合物由棕褐色变成亮黄色。进步加水稀释并用质量分数的溶液处理，中和未反应的，离心过滤并反复洗涤滤饼至中性，真空干燥即得到氧化石墨样品。搅拌加热至加热至氧化石墨烯的制备在水溶剂中氧化石墨烯的制备超声在醇溶剂中氧化石墨烯的制备超声石墨粉硝酸钠浓硫酸加入反应加入去离子水反应加水稀释加入离心过滤洗涤真空干燥得到氧化石墨氧化石墨去离子水加热至沸快速加入溶解好的回流冷却过滤干燥得到样品氧化石墨无水乙醇加热至沸加入去离子水加入沸腾反应冷却过滤，如果电容量为恒定值，那么将会是常数，即电位随时间是线性变化关系，即理想电容器的恒流充放电曲线是个直线。我们可以利用恒流充放电曲线来计算电极活性物质的比容量，计算公式如下通过对输入能量和实现输出能量的计算，可以得到充电和放电效率的质量因数。通过对不同尺寸的电容器施加合适大小的方波电流，测量停止点的瞬间电压衰减，可以确定电容器的内阻，即值。这种测量内阻的方法就是方波电流法，所测的内阻就是电容器的欧姆内阻。通过欧姆内阻的大小，可以理解计算出的能量转化效率的差异，即比较大的电容器内阻可以导致比较小的能量效率。根据上述恒电流充放电原理及计算公式，以及材料的电化学特性，我们在测试过程中分别设置了，种电流密度，并在不同的电流密度碳材料的比容量大小进行测试。随着电流的提高，充放电周期显著缩短，且时间缩平平二〇二年五月二十四日星期四短幅度与电流的增长幅度不成比例，可见随着充放电电流的增大，电容器的比容量降低。这是因为随着充放电电流的增加，由于电极反应受动力学限制，电化学反应的速度较电荷传递速度慢，电极活性物质没有充分反应。另外，电流增大，导致电容器中去极化作用增强，等效串联电阻增大，电压衰减增大，