采用干法電極制備工藝成功制備了活性石墨烯/活性炭復(fù)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(fù)合電極的電化學(xué)性能。綜合結(jié)果表明,復(fù)合電極中活性石墨烯的含量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?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(yàn)證了活性石墨烯材料在商用超級(jí)電容器中的適用性,證實(shí)了活性石墨烯是一種非常具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)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(yuǎn)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(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2016,5(04)

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

活性石墨烯SEM（a）和TEM圖（b）；（c）活性石墨烯的氮?dú)馕矫摳角�

??┑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(duì)應(yīng)的。同時(shí)，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(jí)電容器儲(chǔ)能機(jī)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(chǔ)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(fù)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(shí)驗(yàn)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(dǎo)電炭黑以及PTFE粉末預(yù)先均勻混合，將上述所得混合物進(jìn)行“超強(qiáng)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(jìn)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(dǎo)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?jǐn)?shù)）活性石墨烯的復(fù)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(fù)合電極片制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)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(fù)合電極片中分散較好。高倍掃描電鏡[圖3(c)]照片進(jìn)一步證實(shí)薄片狀的活性石墨烯分散良好，連接活性炭顆粒，同時(shí)起到導(dǎo)電橋聯(lián)的作用。2.3電化學(xué)性能表征分析為了考察復(fù)合電極片中活性石墨烯的含量對(duì)其儲(chǔ)能性能的影響，我們首先選擇扣式電容器評(píng)價(jià)不同比例的復(fù)合電極的電化學(xué)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(jí)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(fù)合電極的比容量逐漸增大。當(dāng)復(fù)合電極中活性石墨烯的含量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，在200mA/g的測(cè)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(dāng)活性石墨烯的含量為20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，復(fù)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(cè)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(cè)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(yuǎn)高于商用活性炭。但活性石墨烯的振實(shí)密度僅為0.2g/mL，低于活性炭的0.4g/mL，復(fù)合電極中活性石墨烯的含量過大，會(huì)影響復(fù)合電極的密度，限制體積密度的發(fā)揮。從測(cè)試數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)當(dāng)活性石墨烯的含量超過10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，比容量提高的趨勢(shì)逐漸降低。另外，從成本角度考?


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