石墨烯水凝胶的结构控制及其性能研究(4)
1.2.2.2 Brodie法
首先用发烟 HNO3处理天然微粉石墨,石墨被氧化时,硝酸离子侵入石墨片层间,然后再投入KClO4进一步氧化，随后将反应物投入大量水中，进行过滤，水洗至滤液接近中性后，干燥得到GO[13]。
1.2.2.3 Staudemaier法
用浓硫酸和发烟硝酸混合酸对石墨粉进行处理，同样也是以KClO4为氧化剂。这类方法得到的氧化石墨烯碳层破坏严重，其端面估计也引入大量的羧基等含氧官能团[14]。
1.3 石墨烯的应用
基于理想的二文晶体结构和优异的物理性能，石墨烯在超级电容器、生物材料、复合材料及传感器等领域有着广泛的应用前景。
1.3.1 超级电容器
1.3.1.1 概述
超级电容器是一种介于普通电容器和化学电池之间的储能器件，兼具两者的优点，如功率密度高、能量密度高、循环寿命长、可快速充放电，并具有瞬时大电流放电和对环境无污染等特性。它涉及材料、能源、化学、电子器件等多个学科，成为交叉学科研究的热点之一。作为一种绿色环保、性能优异的新型储能器件，超级电容器在众多的领域有广泛的应用，包括国防、军工，以及电动汽车、电脑、移动通信等民用领域，因而受到了世界各国，尤其是发达国家的高度重视。近几年来，我国科研人员和国家相关部门也对此极度关注[23]。
1.3.1.2 基本原理
电化学电容器做为一种新型储能装置，其储能的机理与传统的静电电容器不同。静电电容器是通过介质极化来存储电荷，它能迅速积累和释放电荷，可在纳秒级脉冲方式下工作，但其存储电荷的能力差，其储存能量的提高主要是依靠提高电容器的电压或介质系数来实现。而电化学电容器充电时可产生的电容包括：在电极/溶液界面处通过电子和离子或偶极子的定向排列所产生的双电层电容；在电极表面或体相中二文或准二文的空间内，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附、脱附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的法拉第赝电容[24]。实际上各种超级电容器的电容同时包含双电层电容和法拉第准电容两个分量，只是所占的比例不同而已。
1.3.1.3 分类
根据储能机理的不同，可以将电化学电容器分为双电层电容器和法拉第赝电容器。根据采用的电极材料不同，电化学电容器可分为碳电极电容器、金属氧化物电极电容器和导电聚合物电容器。根据采用的电解质体系的不同，电化学电容器可分为水溶液电解质电容器和有机电解质电容器。根据电化学电容器的结构及电极上发生反应的不同，又可分为对称型和非对称型。如果两个电极的组成相同且电极反应相同，反应方向相反，则被称为对称型；反之则被称为非对称型。非对称型电容器具有比常规电容器更高的比能量和比二次电池更高的比功率。
1.3.1.4 特点
超级电容器不同于常规的电容器，它存储的能量可达静电电容器的100倍以上，同时又具有比电池高出10-100倍的功率密度。与静电电容器相比，其优点是能量密度非常高，容量可达到数千法拉，但是它耐压较低，受制于电解液的分解电压，一般水系电解液的单体工作电压为0 V-1.4 V，且电解液腐蚀性强；非水系可以高达4.5 V，实际使用的一般为3.5 V，漏电较大，且容量随频率显著降低。从其发展趋势来看，超级电容器主要是用来取代或部分取代电池。与电池相比，超级电容器具有许多电池无法比拟的优点。
1.3.1.5 电极材料
作为超级电容器的电极材料，不仅要求高的比容量，而且应具备较低的内电阻，以满足大电流快速充放电的要求。同时，电极材料必须容易在电极/电解质界面上形成双电层电容或法拉第赝电容，并具有适当的化学和力学稳定性与良好的电子和离子导电性。常用的电极材料有碳基材料电极、金属氧化物电极和导电聚合物电极[25]。
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