石墨烯平面電容技術與性能報告

王啟隆

摘 要：近年來石墨烯材料研究進展非常迅速，其在很多領域之中都有了廣泛的應用。在文中主要就石墨烯平面電容技術進行介紹，并對其性能進行分析。

關鍵詞：石墨烯平面電容;石墨烯;性能

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0217-02

1 石墨烯平面電容簡介

石墨烯超級電容器為基于石墨烯材料的超級電容器的統稱。由于石墨烯獨特的二維結構和出色的固有的物理特性，諸如異常高的導電性和大表面積，石墨烯基材料在超級電容器中的應用具有極大的潛力。石墨烯基材料與傳統的電極材料相比，在能量儲存和釋放的過程中，顯示了一些新穎的特征和機制。

1.1 技術介紹

（1）制取平面電容模板，采用叉子形，為減少電容表面積，增大單位面積的電容，設計石墨烯線條寬度為0.8mm，總寬為20mm，長度為30mm，電容表面積為5cm2。

（2）調制合適的原料配比，我們采用石墨烯，二硫化鉬，高分子導電聚合物，純凈水（不含雜質）按照一定的配比混合攪拌均勻。

（3）將獲得的原料采用噴涂法（如圖1）或絲網印刷（如圖2）的方法涂到A4紙上，并在一定的溫度下烘干。

（4）采用硼酸鈉溶液作為電解液，便可作為電容參與實驗和測量。

1.2 測量方式

CHI760電化學工作站的循環伏安法和新威電池充放電測試儀。

1.3 計算公式

符號含義：area（循環伏安法圍成面積），v（電壓掃描速度），m（石墨烯質量），s（石墨烯面積）。

2 目前成果

經萬用表測量電阻最低能達到50Ω，在電化學工作站不同的掃描速度下可獲得不同的電容值，在10mv/s下可得到1060μF/cm2的電容值，在50mv/s的掃描速度下可得到232.8μF/cm2的電容值，并隨著掃描速度的增加，電位電容值不斷下降，如圖3和表1所示。

采用電化學工作站的循環伏安法可掃描出閉合曲線，在100mv/s的掃描速度下，面積為1.3*10-5，在20mv/s的掃描速度下，面積為1.6*10-6，掃描速度越大，曲線包圍的面積越大，比電容越大，如圖4所示。

我們用新威電池充放電測試儀對超級電容器進行充放電實驗，設置三個工步，先對其進行擱置5s，再進入恒壓恒流工步，電壓分別設置為0.6v，0.8v，1v，電流設置為0.002A，最后再次進入擱置工步，可以發現，電容經過恒壓恒流的充電后達到0.46v，并且充電時間較短，放電時間較長，符合超級電容的特性如圖5所示。

3 平面超級電容的優勢與改進

平面電容比傳統的立體電容有更大的靈活性，可將石墨烯等原料噴涂到塑料軟膜上，使之有較好的拉伸性，柔韌性，彎曲性，可使平面電容運用在不同的環境下，對空間形狀的要求小，如圖6所示。

我們利用電化學工作站和拉伸裝置測試了在不同拉伸長度下的電容，發現了隨著拉伸長度的增大，電容只有微小的減小，表明在拉伸的情況下并不會太大影響平面電容的電容大小，作出了反映電容保留率與拉伸長度的關系的曲線，如圖7所示。

為在電容有相同面積的情況下，有更大的電容值，我們進行了電容形狀的進一步設計，同時保持電容面積仍為5cm2，如圖8所示。圖9為最初設計的交叉形平面電容。

為了找出形狀改進后，與原來形狀的區別，我們進行了對比實驗，將電化學工作站循環伏安法的電壓掃描速度都設為100mv/s，實驗結果如圖10所示。

我們發現改進前的掃描面積為1.13*10-5，改進后面積為1.31*10-5，電容增加了3.6μF/cm2，說明形狀的變化對電容值有一定的提升。

參考文獻

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