氧化石墨烯水凝胶的结构控制及其电化学性能研究(2)
超级电容器是20世纪60年代开始新发展起来的新型储能原件。由于其功率容量大，循环寿命长，充电和放电速率快等独特优势，而被应用于诸多领域。现在已经研究出的双金属混合的复合电极也表现出了良好的倍率性能、优异的比能量密度、功率密度和高循环速率[2]。由于石墨烯具有非常高的理论比表面积，结构上又属于独立存在的单层石墨晶体材料，故石墨烯片层的两侧均可以负载电荷而形成双电层。且石墨烯片层特有的褶皱以及叠加效果，还可以形成纳米空穴和纳米孔道，有利于电解液的扩散，因此石墨烯基复合材料在超级电容器的应用方面具有极大的潜质[3]。
1.1超级电容器概述
超级电容器（Supercapacitors）又名电化学电容器(Electrochemical Capacitors)，是通过极化电解质来储能的一种功率型的能源储存转换装置。由于超级电容器具有高的比表面积和合适的介孔空心结构（尤其是2−5 nm），故它可以在感应电流的氧化还原反应中提供丰富的活性位点和载流子的扩散路径[4] ,研究前景非常广阔。
超级电容器的充放电过程，实质是电解液界面上的电荷减少的过程，这个过程中并没有化学反应的发生，一直是物理变化，故其性能是稳定，这一点与蓄电池是不同的。现阶段的超级电容器也不同于传统电容器，因为它能够存储更多的能量，具有更大的比表面积，还可以较稳定地应用在可逆反应中[5]。
固态超级电容器可以作为电子产品的移动电源，这一特点引起了学术界的广泛关注。以石墨烯和碳纳米管为基础的薄膜已被用来制作高重量比电容固态超级电容（80-200 F•g-1），但是其整体和区域的比电容都很低（3-50 mF / cm2）。这一缺点使其在实际应用中并不理想，因为其电极厚度过小（通常为几微米）[6]。
盛鹏杰[7]等人发现CoS2的空心球结构具有优异的超电容性能，包括较高的比电容、良好的充放电循环寿命和稳定的循环性能。此外，CoS2空心球在染料敏化太阳能电池中还表现出优异的电催化二硫化物/硫醇盐氧化还原电解质的能力。因此，这项工作为设计与合成结构可调谐材料的提出了一种很有前途的方法，从而增强其超级电容器的行为，使它有可能在能量存储装置中得到应用。
张丽丽等人[8]提出了一种新的方法来制备高导电、自支撑的柔性多孔碳膜，仅仅是通过对还原的GO进行简单的KOH活化。使用这些碳薄膜制成的两电极的超级电容器作为电极表现出优异的高频响应，其电阻相当于低至0.1欧姆的数量级的等效串联电阻，以及高达500 kW /kg的高功率传导能力。尽管石墨烯材料的高频响应已经有很多相关研究，但是最有意义的是其同时具有高达120 F/g的比表面积和高达26 Wh/kg的能量密度。该方法是与现有的工业KOH活化过程和“卷到卷”薄膜制造技术兼容的。这些自支撑薄膜为简化电极的制造工艺提供一个新途径，即通过消除导电助剂和粘合剂。这些膜具有迄今报告为止最高的比表面积，以这些膜作为电极的超级电容器具有优秀的功率和频率特性，同时保持了优异的能量密度。这种新型碳材料的物理和化学特性使其不仅可以应用于能量存储，也可用于其他领域，如锂离子电池，导电复合材料，光催化等等。
1.1.1超级电容器分类
按照存储能量原理的差异可将超级电容器分为两大类，即赝电容器和双电层电容器。赝电容器，具有非常高的能量密度，可发生高度可逆的化学反应，其负极材料通常为活性炭，正极材料通常为V2O5、NiOx、MnO2等金属氧化物或导电聚合物[9],然而，由于它们依靠法拉第氧化还原反应，而活性物质通常因绝缘性太高不能支持高速率下电子的快速运输。双电层电容器则是通过吸附正、负离子来达到储能作用，在电解质的作用下，使固液界面出现稳定的、持久的双层电荷，并没有法拉第电流感应作用。