244 工程科学学报，第43卷，第2期 (a b (c) 5 mm 图5GA制备过程图.(a)前驱混合液照片：(b)水凝胶照片：(c)高温炭化后照片 Fig.5 Preparation process photos of GA:(a)precursor mixture;(b)hydrogel;(c)hydrogel after carbonization at high temperature 30 300 (a) (b) GA-l-6.3 (c) 100 mV-s- 20 GA-1-6.3 20 200 10 mV-s GA-1- 9 100 20mV.s! GA-0.4-6.3 0 GA-0-6.3 0 0 -10 -100 5mV-s-l -10 GA-1-8 20 GA-063 -200 -20 - 一GA-1-4-GA-1-63,GA-l-8 -300 -301 00.10.20.30.40.50.6 0 0.10.20.30.40.50.6 00.10.20.30.40.50.60.70.8 Potential/V Potential/V Potential/V 图6GA的CV曲线图.(a).(b)5mVs1扫描速率下样品的CV曲线图：(c)不同扫描速率下样品GA-1-6.3的CV曲线图 Fig.6 CV curves of GA:(a),(b)CV curves of sample at scanning rate of 5 mVs(c)CV curves of GA-1-6.3 at different scanning rates 接影响. 状结构，直接关系到比电容大小；同时，在pH值为 双电层电容在充放电过程中电荷存储是一个 6.3的情况下，材料有着良好的三维多孔网状结 物理吸附的过程，电极材料不涉及化学反应和相 构，此时GO质量分数越高比电容越大 变等不可逆的变化，电荷也主要吸附在双电层电 图6(c)是样品GA-1-6.3在不同扫描速率下 容的电极材料表面.因此双电层电容的电极材料 的CV曲线，扫描速率为5mVs时比电容为 比电容大小在一定程度上与其比表面积大小有关 310Fg'.随着电压扫描速率的增大，CV曲线无明 G0质量分数为1%，pH值由4升到6.3时，促进了 显变形.即使扫描速率增加到100 mVs,CV曲线 前驱液中甲醛与R阴离子三维骨架的形成B1-, 仍能基本保持准矩形，比电容为177Fg,这表明 此时GA材料内部的团簇直径会减小，团簇数目增 样品GA-1-6.3具有优异的电容性能 多，比表面积随之增大，材料表面吸附电荷数量将 图7(a)、(b)是5组材料在电压窗口0~0.6V, 会增多，比电容也会增大；在pH值为8时，比表面 1Ag电流密度下的CP曲线图.CP曲线近似三 积为203m2g,但是材料有很多发育不良的介孔， 角形状且较对称，尤其是样品GA-0.4-6.3与样品 结构被严重破坏，难以形成多孔网状结构3，，所 GA-1-6.3,其CP图明显对称，具有很好的可逆 以材料表面吸附电荷数量大大减小，此时比电容 性.由公式(2)得到样品GA-1-6.3的比电容最大 急剧减小.pH值为63时，随着G0质量分数增 为364Fg,这与CV曲线吻合.图7(c)的附图是 大，前驱液中G0表面的自由电荷越来越多，使得 样品GA-1-6.3在不同电流密度下的CP曲线，电 G0也分散的更加均匀.G0的均匀分散，有利于 流密度增加到10Ag时，其比电容仍可达到 形成石墨烯三维网络结构，而石墨烯三维网络结 229Fg,是电流密度为1Ag时比电容值的 构可以为RF提供聚合的场所.所以GO质量分数 63%,表明样品GA-1-6.3具有较好的倍率性能 越大，提供的给RF聚合的场所越多，有效防止 在图7(c)中，样品GA-1-6.3在1Ag的电流密 RF团簇颗粒相互堆叠B,此时样品比表面积也就 度下经800次循环后习其比电容保持率为76%， 越大，材料表面吸附电荷数量将会增多，比电容也 电容损失率较大，这可能是因为循环测试中，部分 就随之增加.所以pH值影响着GA的三维多孔网 样品从玻碳电极表面脱落导致的接影响. 双电层电容在充放电过程中电荷存储是一个 物理吸附的过程，电极材料不涉及化学反应和相 变等不可逆的变化，电荷也主要吸附在双电层电 容的电极材料表面. 因此双电层电容的电极材料 比电容大小在一定程度上与其比表面积大小有关. GO 质量分数为 1%，pH 值由 4 升到 6.3 时，促进了 前驱液中甲醛与 R 阴离子三维骨架的形成[31−32] ， 此时 GA 材料内部的团簇直径会减小，团簇数目增 多，比表面积随之增大，材料表面吸附电荷数量将 会增多，比电容也会增大；在 pH 值为 8 时，比表面 积为 203 m2 ·g−1，但是材料有很多发育不良的介孔， 结构被严重破坏，难以形成多孔网状结构[23, 32] ，所 以材料表面吸附电荷数量大大减小，此时比电容 急剧减小. pH 值为 6.3 时，随着 GO 质量分数增 大，前驱液中 GO 表面的自由电荷越来越多，使得 GO 也分散的更加均匀. GO 的均匀分散，有利于 形成石墨烯三维网络结构，而石墨烯三维网络结 构可以为 RF 提供聚合的场所. 所以 GO 质量分数 越大 ，提供的给 RF 聚合的场所越多 ，有效防止 RF 团簇颗粒相互堆叠[33] ，此时样品比表面积也就 越大，材料表面吸附电荷数量将会增多，比电容也 就随之增加. 所以 pH 值影响着 GA 的三维多孔网 状结构，直接关系到比电容大小；同时，在 pH 值为 6.3 的情况下，材料有着良好的三维多孔网状结 构，此时 GO 质量分数越高比电容越大. 图 6（c）是样品 GA–1–6.3 在不同扫描速率下 的 CV 曲线 ，扫描速率 为 5  mV·s−1 时比电容为 310 F·g−1 . 随着电压扫描速率的增大，CV 曲线无明 显变形. 即使扫描速率增加到 100 mV·s−1 ，CV 曲线 仍能基本保持准矩形，比电容为 177 F·g−1，这表明 样品 GA–1–6.3 具有优异的电容性能. 图 7（a）、（b）是 5 组材料在电压窗口 0～0.6 V， 1 A·g−1 电流密度下的 CP 曲线图. CP 曲线近似三 角形状且较对称，尤其是样品 GA–0.4–6.3 与样品 GA–1–6.3，其 CP 图明显对称，具有很好的可逆 性. 由公式（2）得到样品 GA–1–6.3 的比电容最大 为 364 F·g−1，这与 CV 曲线吻合. 图 7(c) 的附图是 样品 GA–1–6.3 在不同电流密度下的 CP 曲线，电 流密度增加 到 10  A·g−1 时 ，其比电容仍可达到 229  F·g−1，是电流密度 为 1  A·g−1 时比电容值 的 63%，表明样品 GA–1–6.3 具有较好的倍率性能. 在图 7（c）中，样品 GA–1–6.3 在 1 A·g−1 的电流密 度下经 800 次循环后[33] ，其比电容保持率为 76%， 电容损失率较大. 这可能是因为循环测试中，部分 样品从玻碳电极表面脱落导致的. 5 mm (a) (b) (c) 图 5    GA 制备过程图. （a）前驱混合液照片；（b）水凝胶照片；（c）高温炭化后照片 Fig.5    Preparation process photos of GA: (a) precursor mixture; (b) hydrogel; (c) hydrogel after carbonization at high temperature 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 −20 −10 0 10 20 30 GA−1−8 (a) GA−1−6.3 GA−1−4 Current/μA Potential/V GA−1−4 GA−1−6.3 GA-1−8 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 −30 −20 −10 0 10 20 30 Current/μA Potential/V GA−0−6.3 GA−0.4−6.3 GA−1−6.3 GA−0−6.3 GA−0.4−6.3 GA−1−6.3 (b) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 −300 −200 −100 0 100 200 300 Current/μA Potential/V 5 mV·s−1 10 mV·s−1 20 mV·s−1 50 mV·s−1 100 mV·s−1 5 mV·s−1 10 mV·s−1 20 mV·s−1 50 mV·s−1 100 mV·s−1 (c) 图 6    GA 的 CV 曲线图. （a），（b） 5 mV·s−1 扫描速率下样品的 CV 曲线图；（c）不同扫描速率下样品 GA–1–6.3 的 CV 曲线图 Fig.6    CV curves of GA: (a), (b) CV curves of sample at scanning rate of 5 mV·s−1; (c) CV curves of GA–1–6.3 at different scanning rates · 244 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期