第7期 张勇等：石墨烯的制备及其超级电容性能 ·935· 有出现特别明显的电压降，说明石墨烯样品具有 流密度下的1200次循环性能曲线.由图5(b)可 比较好的功率特性，表明石墨烯材料/电解质界面 以看出，经过1200次循环后，石墨烯样品的容量 上可以产生快速、可逆的化学吸附/脱附.这可能 保持率仍然在75%以上，而且在循环过程中充放 归因于石墨烯具有的特殊孔结构，有利于电解质 电曲线形状几乎没有发生改变，基本上呈镜像对 在电极表面的扩散，该结果与图4的测试结果一 称.以上结果均表明，石墨烯样品具有良好的循环 致.图5(b)是石墨烯样品在200mA·g充放电电 稳定性 a ■200mA·g 190 (b) 08- ●400mA·g ▲600mA·g 180 800mA·g1 ■ ◆1000mA·g 170 160 150 140 130 120 200 300 400 500 600 020040060080010001200 时间/ 循环次数 图5石墨烯样品在不同电流密度下的恒流充放电曲线()和循环性能曲线(b) Fig.5 Galvanostatic charge/discharge curves (a)and cycle performance curve (b)of graphene capacitors at different current densities 图6(a)为石墨烯样品在扫描速度分别为2、5、 m为电极中活性物质的质量，：为循环伏安曲线的 10、20和50mVs时的循环伏安曲线.从图6(a) 扫描速度)，可以计算出石墨烯样品在2、5、10、20和 中可以看出，在不同扫描速度下，循环伏安曲线在扫 50mV·s扫描速度下的比电容分别为123、113、 描电位窗口内均表现出明显的矩形特征，且关于零 101、89和69F·g.可见随着扫描速度的增大，电 电流线基本对称，没有明显的氧化还原峰，说明电极 极所体现的比电容逐渐衰减，这与离子在石墨烯电 的容量几乎完全由双电层电容提供，表现为典型的 极中扩散引起的浓差极化有关.图6(b)为石墨烯 电容行为.电流密度随扫描速度成比例增大，进一 样品的50次循环伏安曲线，扫描速率为50mVs 步说明电极的充放电容量几乎与扫描速度无关，表 从图6(b)可以明显看出，50次循环伏安曲线几乎 现出优良的功率特性，该结果与恒流充放电所得结 重合，表明石墨烯电极材料具有很好的稳定性，证明 果相吻合.由公式Cm=2S/(△U×m×)(式中， 本文制备的石墨烯是一种理想的储能材料. C为石墨烯的质量比电容，S为循环伏安电流与电 图7为石墨烯电极在放电态下的交流阻抗图 压曲线围成的面积，△U为循环伏安扫描电压区间， 谱，Z为交流阻抗实部，-Z"为交流阻抗虚部.从图 -3.0 -3.0 5 2mV·g .5 5mV1 ▲一10mV·s1 -20mV·s4 ◆-50mVs 3.0 0.2 0.2 0.4 0.6 0.2 0.2 0.4 0.6 电压/N 电压/W 图6石墨烯样品在不同扫描速度下的循环伏安曲线(a)和扫描速率为50mV·s1下的50次循环伏安曲线(b) Fig.6 Cyclic voltammetry curves of graphene capacitors at different scan rates (a)and with different cycling numbers up to 50 at a scan rate of 50 mV.s-1(b)第 7 期 张 勇等: 石墨烯的制备及其超级电容性能 有出现特别明显的电压降，说明石墨烯样品具有 比较好的功率特性，表明石墨烯材料 /电解质界面 上可以产生快速、可逆的化学吸附 /脱附． 这可能 归因于石墨烯具有的特殊孔结构，有利于电解质 在电极表面的扩散，该结果与图 4 的测试结果一 致． 图 5( b) 是石墨烯样品在 200 mA·g － 1充放电电 流密度下的 1200 次循环性能曲线． 由图 5 ( b) 可 以看出，经过 1200 次循环后，石墨烯样品的容量 保持率仍然在 75% 以上，而且在循环过程中充放 电曲线形状几乎没有发生改变，基本上呈镜像对 称． 以上结果均表明，石墨烯样品具有良好的循环 稳定性． 图 5 石墨烯样品在不同电流密度下的恒流充放电曲线( a) 和循环性能曲线( b) Fig． 5 Galvanostatic charge / discharge curves ( a) and cycle performance curve ( b) of graphene capacitors at different current densities 图 6 石墨烯样品在不同扫描速度下的循环伏安曲线( a) 和扫描速率为 50 mV·s － 1下的 50 次循环伏安曲线( b) Fig． 6 Cyclic voltammetry curves of graphene capacitors at different scan rates ( a) and with different cycling numbers up to 50 at a scan rate of 50 mV·s － 1 ( b) 图 6( a) 为石墨烯样品在扫描速度分别为 2、5、 10、20 和 50 mV·s － 1时的循环伏安曲线． 从图 6( a) 中可以看出，在不同扫描速度下，循环伏安曲线在扫 描电位窗口内均表现出明显的矩形特征，且关于零 电流线基本对称，没有明显的氧化还原峰，说明电极 的容量几乎完全由双电层电容提供，表现为典型的 电容行为． 电流密度随扫描速度成比例增大，进一 步说明电极的充放电容量几乎与扫描速度无关，表 现出优良的功率特性，该结果与恒流充放电所得结 果相吻合． 由公式 Cm = 2S /( ΔU × m × v) ［22］( 式中， Cm为石墨烯的质量比电容，S 为循环伏安电流与电 压曲线围成的面积，ΔU 为循环伏安扫描电压区间， m 为电极中活性物质的质量，v 为循环伏安曲线的 扫描速度) ，可以计算出石墨烯样品在 2、5、10、20 和 50 mV·s － 1 扫描速度下的比电容分别为 123、113、 101、89 和 69 F·g － 1 ． 可见随着扫描速度的增大，电 极所体现的比电容逐渐衰减，这与离子在石墨烯电 极中扩散引起的浓差极化有关． 图 6( b) 为石墨烯 样品的 50 次循环伏安曲线，扫描速率为 50 mV·s － 1 ． 从图 6( b) 可以明显看出，50 次循环伏安曲线几乎 重合，表明石墨烯电极材料具有很好的稳定性，证明 本文制备的石墨烯是一种理想的储能材料． 图 7 为石墨烯电极在放电态下的交流阻抗图 谱，Z'为交流阻抗实部，－ Z″为交流阻抗虚部． 从图 · 539 ·