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3D打印石墨烯制备技术及其在储能领域的应用研究进展

WANG Nan,YAN Shao-jiu,PENG Si-kan,CHEN Xiang,DAI Sheng-long(Research Center of Graphene Applications,AECC Beijing Instituteof Aeronautical Materials,Beijing 100095,China)石墨烯纳米片是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的单层原子厚度的二维晶体,6个碳原子以sp2杂化方式构成蜂窝状晶格[1,2]。石墨烯展现出超高的强度,优异的热导率、透光率以及柔性轻质特性[3]。此外,石墨烯具有巨大的比表面积和超高的电导率,其理论比表面积2500m2·g-1[4],电子迁移率高达200000cm2·V-1·s-1[5]。凭借独特的物理、化学性能,石墨烯在纳米电子、传感器、复合材料、生物支架,尤其是储能元件方面展现出广阔的应用前景[6-12]。然而,研究发现二维石墨烯倾向于团聚或堆...  (本文共14页) 阅读全文>>

《应用化学》2018年02期
应用化学

氮掺杂石墨烯的制备及其在化学储能中的研究进展

发展清洁和可再生能源是我国社会经济发展的重大战略。在新能源技术的各个层次中,电化学储能具有极其重要的地位,也是当前科学研究的热点问题。作为一种新型二维结构导电材料,石墨烯的应用在这一领域具有重要意义和极大的发展潜力。石墨烯自2004年被英国曼彻斯特大学的Geim和Novoselov报道[1]后,以其独特的单原子层二维结构及优异的性能引起了众多学者的广泛关注,而其在储能领域中的应用研究也获得了重大的进展和引人瞩目的成果,具有极大的应用价值和发展潜力。石墨烯是一种由sp2杂化的碳原子以六方形格子的形式成键形成的二维(2D)碳纳米材料。在其费米面附近,能量与动量的关系可以近似为线性关系[2],这样的色散关系导致了石墨烯的载流子可在电子和空穴之间连续转变,决定了石墨烯“零带隙”半导体的属性。由于石墨烯的特殊能带结构,使其具有优异的电学与光学性能、力学性能、热传导性能、极高的电荷载流子迁移率、室温量子霍尔效应、对可见光的高透射率、出色的机...  (本文共10页) 阅读全文>>

《高科技与产业化》2016年11期
高科技与产业化

石墨烯用于超级电容技术专利分析

根据储能原理,电化学电容器可分为双电层电容、赝电容以及结合二者的复合或功能化。双电层电容器利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容存储能量,其电极通常采用具有高比表面积的多孔碳材料,包括活性炭、碳气凝胶、碳纳米管以及石墨烯等。其后发展的赝电容又称法拉第准电容,电极活性物质在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,发生高度可逆的化学吸附、脱附或氧化、还原反应,从而产生更高的电容量和能量密度,其电极材料主要包括过渡金属氧化物和导电聚合物。对金属氧化物赝电容器的研究主要在于降低成本,目前研究最为成功的材料主要是氧化钌。石墨烯被认为最合适制备赝电容电极活性成分的载体材料。双电层电极和赝电容电极复合的新型高胡国系实于超璧$霞@雷盡蜃’韵n择壟和窘n既应等动星:传命减用方通声统又1§电超有信置电化源€级¥"&gf自,&§g学积器要、在间器’与和电便的’§^?§/口应由器能储$釆#'gis||MIII g隻邊壑星莕。高别i记:^的^€电g局#和...  (本文共7页) 阅读全文>>

《化学与生物工程》2017年02期
化学与生物工程

石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法及应用进展

在1991年及2004年,碳纳米管(CNTs)和石墨烯(GN)分别被日本电子显微镜专家Lijima[1]和英国曼彻斯特大学的两位科学家[2]发现。这两种材料自发现以来就备受瞩目。GN是一种一个原子厚度的二维纳米材料,可构建富勒烯、CNTs、石墨等碳材料[3]。CNTs是由GN表面催化生长的径向尺寸为纳米级、轴向尺寸为微米级、两端封口且结构特殊的一维碳材料,强度很大,大的长径比使其在碳纤维材料领域有很好的应用[4]。GN和CNTs在力学、电学、吸附等方面有相似的性质,如导电性好、比表面积大、机械强度高等[5]。为了使两者的优点更加突出,人们采用合适的方法将两者制备成GN/CNTs复合材料,通过协同作用,使其表现出比单一材料更加优异的性能[6];同时,该复合材料还具有质量轻、强度高[7]、导电性好[8]、三维空间微孔[9]等特性,在超级电容器、储能电池、电化学传感器、材料增强增韧、污染物吸附处理等领域具有广阔的应用前景。此外,一些改...  (本文共5页) 阅读全文>>

《功能材料信息》2016年05期
功能材料信息

中科院研制出高容量长寿命石墨烯锂电池材料

中国科学院发布消息称,中科院合肥物质科学研究院智能机械研究所刘锦淮和黄行九课题组的副研究员刘金云等在研制高性能石墨烯锂离子电池方面取得新成果,研制了具有高容量长寿命的三维石墨烯纳米复合锂离子电池材料。从便携式电子设备到新能源电动汽车,都对高性能锂离子电池具有迫切需求。作为锂离子电池的核心,电极活性材料普遍要求具有高容量和能量密度、长期循环稳定和安全性。为了获得高容量和能量密度,活性材料在电极中的比例应最大化;循环稳定和安全性则要求电池材料具有优良的电子传输和离子扩散性能。三维纳米结构是满足上述需求的理想材料,然而一般的三维电池材料包含金属或其他高密度材料作为框架支撑,大大降低了活性材料的比例,减小了全电池的容量,也成为长期循环稳定性的限制因素。刘金云等通过美国伊利诺伊大学香...  (本文共1页) 阅读全文>>

《集成技术》2017年01期
集成技术

纸纤维基柔性还原氧化石墨烯、聚苯胺超级电容器复合电极材料的制备与性能研究

文章研究了一种石墨烯复合电极材料制备方法,以低成本的纸纤维材料为柔性基板,结合双电层电容碳材料氧化石墨烯和赝电容导电聚合物聚苯胺的互补优势,通过超声分散和真空抽滤的方法,实现了纸纤维基-聚苯胺-还原氧化石墨烯复合电极材料的制备。采用场发射扫描电子显微镜、Zahner电化学工作站对电极材料的循环伏安曲线、充放电性能进行测试分析。结果表明,柔性电极材料在100次弯曲测试后,没有发生明显分层和活性物质剥落现象,在电流密度为1 A/g时比电容为458 F/g,10 A/g电流密度下比电容为250 F/g,经过1 000次充放电循环后,比电容仍能保持80%左右。这种高性能低成本的柔性复合电极材料在可穿戴式电子设备领域具有广阔的应用前景。超级电容器;柔性复合电极;纸纤维;氧化石墨烯;聚苯胺TQ 152 A1引言随着可穿戴电子设备和电子器件的快速发展,对于其能量存储设备的轻量化、高的功率密度、低成本和环境友好等性能的要求也越来越高[1-3]。...  (本文共8页) 阅读全文>>