石墨烯/金属氧化物复合材料的制备及其超级电容性能的研究(2)
超级电容器又叫电化学电容器，是一种介于传统的电容器和电池之间的新型的能量储存设备。它相比于传统的电容器具有更高的比电容量，因此可以存储更多的能量，相比于电池具有更高的功率，能够实现快速的充放电，也具有更高的循环寿命，可以进行多次的充放电使用。因此超级电容器以其独特的性能已经广泛的应用于数码相机，计算机，风力发电机，电动汽车，备用电源，心脏起搏器等设备之中。
石墨烯，一种紧密堆积吹冰角晶格单原子层石墨，拥有独特的二文纳米结构，高的导电率，热导率和载流子多的迁移率，巨大的比表面积，高透明度和强大的机械力学性能。因此它被认为是应用于能量存储和转换的理想材料。在过去的几年中，石墨稀基材料被成功的制备出来并应用于超级电容器，锂离子电池，水光解，燃料电池和太阳能电池的电催化剂等领域。而金属氧化物因为其可通过法拉第氧化还原反应在其表面和体相内存储大量电荷，也逐渐成为研究超级电容器电极材料的热门材料之一。
利用石墨稀与纳米级金属氧化物进行复合，不仅可以使复合材料拥有石墨烯本身的优异性能，而且还拥有纳米级金属氧化物能够产生大的法拉第电容的性能，从而能够使得复合以后的材料的综合性能优于原组成材料，用它作为电极材料的超级电容器的电化学性能也更优异。
1.2 超级电容器
1.2.1 超级电容器简介
超级电容器又被人们称作为电化学电容器，是一种介于电池和传统电容器之间，并具有电池和传统电容器双重特点的一种新型的储能器件。超级电容器在比容量和能量密度方面，优于普通的电容器和传统电池，前者比容量低于超级电容器，后者的能量密度也远远不及超级电容器。超级电容器在短时间能够释放较大的电流，因而充电时间短，充电效率高，寿命长，无记忆效应的特点。作为一种新型的储能器件，超级电容器在众多领域有着广泛的应用，例如在电动汽车、电脑、国防科技、军工产品、航天航空等方向，因此受到世界各国的高度重视。
1.2.2 超级电容器的分类
根据储能机理的不同，超级电容器可以分为双电层电容器和赝电容电容器。双电层电容器是利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量，其电极通常采用具有高比表面积的多孔炭材料；而赝电容，是指在电极表面或体相中的二文或准二文空间上，电活性物质进行欠电位沉积，使其发生快速、可逆的化学吸附／脱附或氧化／还原反应，从而产生比双电层电容更高的比容量，其电极材料主要是金属氧化物和导电聚合物。
1.2.3 超级电容器的特点
（1）充电时间短：充电电池的充、放电，要受到电流等因素的限制，因此与电池相比，超级电容器可以在几十秒内完成充电，大幅度地缩短了充电时间。
（2）更高的功率密度：超级电容器的放电电流可以达到上百安培，而电池的放电电流最大仅可以达到几安培左右，远远比不上超级电容器的功率密度。
（3）更长的使用寿命：循环寿命可达10万次以上，远远大于充电电池的充放电次数(300～400次)。
（4）工作温度范围宽：可以在-45～105℃的温度范围内正常工作，要比电池的(-20～60℃)宽70℃。
（5）贮存寿命长：几乎可以认为是无限的。
（6）可靠性高，免文护，环保：跟充电电池不同，超级电容器不需要拆卸保养。它也没有镉等有害物质，所以是一种环保型能源器件。
1.2.4 超级电容器的应用
超级电容器以其能量密度高、使用时间长和瞬时功率大等特点，成功的应用在军事、航天、汽车工业、电子电信、电力和交通等领域，并且逐渐延伸到日常生活的各个方面。
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