246 工程科学学报，第43卷，第2期 角形，表明该对称性超级电容器有着较好的电化 as flexible wearable sensor for monitoring pulse-beat.Ceram Int, 学储能特性，并且该电容器是通过双电层电容存 2019,45(2):2516 储能量.图9(b)中电流密度为1Ag时，首次充 [4]Chandrasekaran S,Campbell P G.Baumann T F,et al.Carbon aerogel evolution:allotrope,graphene-inspired,and 3D-printed 放电时电容器的比电容为98Fg,此时该电容器 aerogels.JMater Res,2017,32(22):4166 的库伦效率为95.5%，经800次循环后比电容为 [5] Novoselov K S,Geim A K,Morozov S V,et al.Electric field 94Fg,电容保持率为95.9%，库伦效率仍有91.7%， effect in atomically thin carbon films.Science,2004,306(5696): 说明所制备的对称性超级电容器有着优异的超级 666 电容器性能并具有较好的库伦效率.由公式(5)和 [6]Liu P P,Liu S Q,Gao H Y,et al.Preparation and properties of (6)得到电容器的能量密度与功率密度，再进一步 hydroxyapatite aerogel composite phase change materials.Chin/ 得到电容器的Ragone图（功率密度与对应能量 Eg,2020,42(1):120 (刘盼盼，刘斯奇，高鸿毅，等.羟基磷灰石气凝胶复合相变材料 密度的对数关系图)，如图9(c)所示.电容器的最 的制备及其性能.工程科学学报，2020,42(1)：120) 大能量密度为5.2Whkg,对应的功率密度为 [7]Wang Y X,Myers M,Staser J A.Electrochemical UV sensor 151.0Wkg当功率密度增大到4200.0Wkg时， using carbon quantum dot/graphene semiconductor.J Electrochem 其能量密度保持到3.5Whkg,得到高达67.3% Soc,2018,165(4):H3001 的能量密度保持率。优于以前所报道的类似对 [8] Shui L,Zhang K,Yu H.Effect of graphene content on the 称电容器，即石墨烯/石墨烯B(在功率密度为 microstructure and mechanical properties of graphene-reinforced Al-15Si-4Cu-Mg matrix composites.Chin J Eng,2019,41(9): 4560Wkg时，能量密度为2.8Whkg)和石墨烯 1162 凝胶/石墨烯凝胶（在功率密度为460Wkg时， (水丽，张凯，于宏.石墨烯含量对石墨烯/A-15Si-4Cu-Mg复合 能量密度为1.3W-hkg),显示出了样品GA-1-6.3 材料微观组织和力学性能的影响.工程科学学报，2019,41(9)： 是高功率超级电容器的理想电极材料 1162) [9] Mendez-Morales T,Ganfoud N,Li Z J,et al.Performance of 3结论 microporous carbon electrodes for supercapacitors:comparing (1)采用溶胶凝胶法制备GA,通过N2吸脱附 graphene with disordered materials.Energy Storage Mater,2019, 17:88 分析、SEM进行表征，得出前驱液的pH值和GO [10]Fu RR,Luo M,Ma Y H,et al.Preparation and supercapacitance 质量分数是影响GA微观结构与比表面积的重要 of Ni(HCOO)/reduced graphene oxide electrode materials.Chem 因素，其中样品GA-1-6.3的比表面积最高为 J Chin Univ,.2016.37(8):1485 530m2g (付蓉蓉，罗民，马永华，等.N(HCOO)6/还原氧化石墨烯复合电 (2)使用XRD、XPS进一步分析样品GA-1-6.3 极材料的制备及电容性能.高等学校化学学报，2016,37(8)： 结构信息与元素组成，表明样品GA-1-6.3是典型 1485) 的无定形碳结构.通过CV、CP、EIS进行测试，分 [11]Zou Z H,Zhou W J,Zhang Y H,et al.High-performance flexible all-solid-state supercapacitor constructed by free-standing 析出前驱液的pH值和GO质量分数对GA的比电 cellulose/reduced graphene oxide/silver nanoparticles composite 容有着直接的影响，其中样品GA-1-6.3的比电容 film.Chem Eng J,2019,357:45 最高，在1Ag电流密度下达到364Fg [12]Wu X F,Zhang J,Zhuang Y F,et al.Template-free preparation of (3)将样品GA-1-6.3制成对称性超级电容 a few-layer graphene nanomesh via a one-step hydrothermal 器，比电容可达到98Fg,800次循环充放电后电 process.J Mater Sci,2015,50(3):1317 容器电容保持率为95.9%，并且具有较好的库伦效 [13]Zhang JJ.Zhao X L,Li M X.et al.High-quality and low-cost 率与能量密度保持率，表明该材料在超级电容器 three-dimensional graphene from graphite flakes via carbocation- induced interlayer oxygen release.Nanoscale,2018,10(37): 上具有良好的应用前景 17638 [14]Gao X.Fabrication and Electrochemical Properties of the 参考文献 Graphene Based Composites as Supercapacitor Electrode [1]Pekala R W.Organic aerogels from the polycondensation of Materials [Dissertation].Harbin:Harbin University of Science and resorcinol with formaldehyde.J Mater Sci,1989,24(9):3221 Technology,2019 [2]Liu N,Zhang S T,Fu R W,et al.Carbon aerogel spheres prepared (高鑫.石墨烯基超级电容器电极材料的制备及电化学性能[学 via alcohol supercritical drying.Carbon,2006,44(12):2430 位论文].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2019) [3]Xie T P,Zhang L,Wang Y,et al.Graphene-based supercapacitors [15]Xu X,Zhang QQ,Yu Y K,et al.Naturally dried graphene角形，表明该对称性超级电容器有着较好的电化 学储能特性，并且该电容器是通过双电层电容存 储能量. 图 9（b）中电流密度为 1 A·g−1 时，首次充 放电时电容器的比电容为 98 F·g−1，此时该电容器 的库伦效率为 95.5%，经 800 次循环后比电容为 94 F·g−1，电容保持率为 95.9%，库伦效率仍有 91.7%， 说明所制备的对称性超级电容器有着优异的超级 电容器性能并具有较好的库伦效率. 由公式（5）和 （6）得到电容器的能量密度与功率密度，再进一步 得到电容器的 Ragone 图（功率密度与对应能量 密度的对数关系图），如图 9（c）所示. 电容器的最 大能量密度 为 5.2  W∙h∙kg−1，对应的功率密度 为 151.0 W·kg−1；当功率密度增大到 4200.0 W·kg−1 时， 其能量密度保持到 3.5 W∙h∙kg−1，得到高达 67.3% 的能量密度保持率. 优于以前所报道的类似对 称电容器 ，即石墨烯/石墨烯[34] （在功率密度为 4560 W·kg−1 时，能量密度为 2.8 W∙h∙kg−1）和石墨烯 凝胶/石墨烯凝胶[19] （在功率密度为 460 W·kg−1 时， 能量密度为 1.3 W∙h∙kg−1），显示出了样品 GA‒1‒6.3 是高功率超级电容器的理想电极材料. 3    结论 （1）采用溶胶凝胶法制备 GA，通过 N2 吸脱附 分析、SEM 进行表征，得出前驱液的 pH 值和 GO 质量分数是影响 GA 微观结构与比表面积的重要 因素 ，其中样 品 GA –1 –6.3 的比表面积最高为 530 m2 ·g−1 . （2）使用 XRD、XPS 进一步分析样品 GA–1–6.3 结构信息与元素组成，表明样品 GA–1–6.3 是典型 的无定形碳结构. 通过 CV、CP、EIS 进行测试，分 析出前驱液的 pH 值和 GO 质量分数对 GA 的比电 容有着直接的影响，其中样品 GA–1–6.3 的比电容 最高，在 1 A·g−1 电流密度下达到 364 F·g−1 . （ 3）将样品 GA–1–6.3 制成对称性超级电容 器，比电容可达到 98 F·g−1 ，800 次循环充放电后电 容器电容保持率为 95.9%，并且具有较好的库伦效 率与能量密度保持率，表明该材料在超级电容器 上具有良好的应用前景. 参    考    文    献 Pekala  R  W.  Organic  aerogels  from  the  polycondensation  of resorcinol with formaldehyde. J Mater Sci, 1989, 24（9）: 3221 [1] Liu N, Zhang S T, Fu R W, et al. Carbon aerogel spheres prepared via alcohol supercritical drying. Carbon, 2006, 44（12）: 2430 [2] [3] Xie T P, Zhang L, Wang Y, et al. Graphene-based supercapacitors as flexible wearable sensor for monitoring pulse-beat. Ceram Int, 2019, 45（2）: 2516 Chandrasekaran  S,  Campbell  P  G,  Baumann  T  F,  et  al.  Carbon aerogel  evolution:  allotrope,  graphene-inspired,  and  3D-printed aerogels. J Mater Res, 2017, 32（22）: 4166 [4] Novoselov  K  S,  Geim  A  K,  Morozov  S  V,  et  al.  Electric  field effect in atomically thin carbon films. Science, 2004, 306（5696）: 666 [5] Liu  P  P,  Liu  S  Q,  Gao  H  Y,  et  al.  Preparation  and  properties  of hydroxyapatite aerogel composite phase change materials. Chin J Eng, 2020, 42（1）: 120 （刘盼盼, 刘斯奇, 高鸿毅, 等. 羟基磷灰石气凝胶复合相变材料 的制备及其性能. 工程科学学报, 2020, 42（1）：120） [6] Wang  Y  X,  Myers  M,  Staser  J  A.  Electrochemical  UV  sensor using carbon quantum dot/graphene semiconductor. J Electrochem Soc, 2018, 165（4）: H3001 [7] Shui  L,  Zhang  K,  Yu  H.  Effect  of  graphene  content  on  the microstructure  and  mechanical  properties  of  graphene-reinforced Al –15Si –4Cu –Mg matrix composites. Chin J Eng, 2019, 41（9）: 1162 （水丽, 张凯, 于宏. 石墨烯含量对石墨烯/Al–15Si–4Cu–Mg复合 材料微观组织和力学性能的影响. 工程科学学报, 2019, 41（9）： 1162） [8] Méndez-Morales  T,  Ganfoud  N,  Li  Z  J,  et  al.  Performance  of microporous  carbon  electrodes  for  supercapacitors:  comparing graphene with disordered materials. Energy Storage Mater, 2019, 17: 88 [9] Fu R R, Luo M, Ma Y H, et al. Preparation and supercapacitance of Ni3 (HCOO)6 /reduced graphene oxide electrode materials. Chem J Chin Univ, 2016, 37（8）: 1485 （付蓉蓉, 罗民, 马永华, 等. Ni3 (HCOO)6 /还原氧化石墨烯复合电 极材料的制备及电容性能. 高等学校化学学报, 2016, 37（8）： 1485） [10] Zou Z H, Zhou W J, Zhang Y H, et al. High-performance flexible all-solid-state  supercapacitor  constructed  by  free-standing cellulose/reduced  graphene  oxide/silver  nanoparticles  composite film. Chem Eng J, 2019, 357: 45 [11] Wu X F, Zhang J, Zhuang Y F, et al. Template-free preparation of a  few-layer  graphene  nanomesh via a  one-step  hydrothermal process. J Mater Sci, 2015, 50（3）: 1317 [12] Zhang  J  J,  Zhao  X  L,  Li  M  X,  et  al.  High-quality  and  low-cost three-dimensional  graphene  from  graphite  flakes via carbocation￾induced  interlayer  oxygen  release. Nanoscale,  2018,  10（37）: 17638 [13] Gao  X. Fabrication and Electrochemical Properties of the Graphene Based Composites as Supercapacitor Electrode Materials [Dissertation]. Harbin: Harbin University of Science and Technology, 2019 （高鑫. 石墨烯基超级电容器电极材料的制备及电化学性能[学 位论文]. 哈尔滨: 哈尔滨理工大学, 2019） [14] [15] Xu  X,  Zhang  Q  Q,  Yu  Y  K,  et  al.  Naturally  dried  graphene · 246 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期