郭志成等：氧化石墨烯惨杂量与H值对石墨烯气凝胶储能性能的影响 245 0.6 GA-1-4 0.6 GA0-6.3 GA-0-63 400 =·GA-1-63 0.5 气 0.5 -·GA-0.46.3 200 GA-1-8 GA-1-63 0.4 0.4 GA-1-6.3 0.3 03 /GA-0.4-6.3N -200 -400 0.2 GA-1-8 -600 0.1 GA-1-4 GA--63 0.1 0 (a) (b) -800 0 tooo(c -1000 0 100200300400500 100200300 400 500 0 200400600 800 Time/s Time/s Cycle number 图7GA的CP曲线图.(a),(b)1A'g电流密度下五组样品的CP曲线图：(c)样品GA-1-6.3在1Ag电流密度下的循环寿命曲线图（插图为 不同电流密度下样品GA-1-6.3的CP曲线图) Fig.7 CP curves of GA:(a),(b)CP curves of sample at 1 A'g current density,(c)cycle life curve of GA-1-6.3 at a current density of 1 A'g(inset:CP curves of GA-1-6.3 at different current densities) 图8(a)、(b)是5组样品在振幅为5mV、频率 区的斜线斜率随之增大.所以样品GA-1-6.3电 范围为0.01~1000000Hz下的循环充放电后的 荷转移电阻最小，电子传输能力最强：并且离子扩 EIS图谱.图8(c)为阻抗谱的等效电路图，其中包 散阻抗也最小，电容特性最好.图8(b)中，样品 含等效串联电阻R、电荷转移电阻R、Warburg阻 GA-1-6.3电荷转移电阻最大，这是因为样品GA- 抗Z乙w、双电层电容元件C:理想的EIS曲线在高 1-8、GA-1-4三维结构被破坏，出现不同程度的 频区近似半圆、在低频区是一条笔直的斜线，其中 结构堆叠，但在低频区样品GA-1-6.3的离子扩散 高频区半圆直径反映了R。大小，高频区起始点与 阻抗最小，且比电容最高，电容特性还是最好的 实轴的交点为R;低频区直线的斜率与电解液离 2.3对称性超级电容器的储能性能分析 子在样品中扩散所受到的阻抗Z有关，斜率越 基于样品GA-1-6.3优异的电化学性能，用其 大，Z越小.图8(a)中，pH值在6.3时，随着GO 组装对称性超级电容器来研究该电容器储能性 质量分数增大，高频区的半圆直径会减小，且低频 质.图9(a)中超级电容器的CP曲线呈现等腰三 24000 60000 22000 (a) (b) 20000 50000 18000 40000 GA-1- 16000 C 14000 GA-1-6.3 1002 12000 三30000 GA-1-6.3 G 10000 8000 20000 ,GA-1-4 5000 :GA-0-6.3 10000 -GA-H4 -GA-1-6.3 2000 GA04-6 GA-1-63 0 ,GA-1-8 0 20004000、60008000 0 20000 40000 ZI ZIO 图8GA的EIS图及其等效电路图.(a)(b)样品的EIS曲线图：(c)电化学阻抗谱的等效电路 Fig.8 Nyquist plots and equivalent circuit of GA:(a),(b)Nyquist plots of samples;(c)the equivalent circuit for the electrochemical impedance spectra 0.7 5000 100 0.6 500Ck0Cc山 0.5 0 里4000 10.0A g 3000 0 2000 -50 1000 0.1F (a) 分-100 b 0 (c) 0 50 100150200 250 0 200 400600 800 56 Time/s Cycle number Energy density/(W-hkg) 图9超级电容器的CP图以及其Ragone图.(a)不同电流密度下超级电容器的CP曲线图：(b)在1A'g'电流密度下超级电容器的循环寿命曲线 图（插图为超级电容器在1Ag电流密度下第1次、第500次、第800次的CP曲线图）：(c)能量密度与功率密度的曲线 Fig.9 CP curves and Ragone plot of the supercapacitors:(a)CP curves of the supercapacitors at different current densities;(b)cycle life curves of the supercapacitors at a current density of 1 A'g(inset:CP curves of the first,500th,and 800th cycles of the super capacitors at 1 A'g current density); (c)curve of energy density vs power density图 8（a）、（b）是 5 组样品在振幅为 5 mV、频率 范 围 为 0.01～ 1000000 Hz 下的循环充放电后 的 EIS 图谱. 图 8（c）为阻抗谱的等效电路图，其中包 含等效串联电阻 Rs、电荷转移电阻 Rct、Warburg 阻 抗 Zw、双电层电容元件 Cd . 理想的 EIS 曲线在高 频区近似半圆、在低频区是一条笔直的斜线，其中 高频区半圆直径反映了 Rct 大小，高频区起始点与 实轴的交点为 Rs；低频区直线的斜率与电解液离 子在样品中扩散所受到的阻抗 Zw 有关，斜率越 大 ，Zw 越小. 图 8（a）中 ，pH 值在 6.3 时，随着 GO 质量分数增大，高频区的半圆直径会减小，且低频 区的斜线斜率随之增大. 所以样品 GA–1–6.3 电 荷转移电阻最小，电子传输能力最强；并且离子扩 散阻抗也最小，电容特性最好. 图 8（b）中，样品 GA–1–6.3 电荷转移电阻最大，这是因为样品 GA– 1–8、GA–1–4 三维结构被破坏，出现不同程度的 结构堆叠，但在低频区样品 GA–1–6.3 的离子扩散 阻抗最小，且比电容最高，电容特性还是最好的. 2.3    对称性超级电容器的储能性能分析 基于样品 GA–1–6.3 优异的电化学性能，用其 组装对称性超级电容器来研究该电容器储能性 质. 图 9（a）中超级电容器的 CP 曲线呈现等腰三 0 100 200 300 400 500 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 (a) GA−1−8 GA−1−4 GA−1−6.3 Potential/V Time/s GA−1−4 GA−1−6.3 GA−1−8 0 100 200 300 400 500 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Potential/V Time/s 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) 0 200 400 600 800 −1000 −800 −600 −400 −200 0 200 400 (c) Specific capacitance/(F·g−1 ) Cycle number 0.5 A·g−1 0.5 A·g−1 1.0 A·g−1 1.0 A·g−1 2.0 A·g−1 2.0 A·g−1 5.0 A·g−1 5.0 A·g−1 10.0 A·g−1 10.0 A·g−1 0.6 0.7 0.4 0.5 Potential/V 0.2 0.3 0 0.1 0 200 400 600 Time/s 800 1000 图 7    GA 的 CP 曲线图. （a），（b） 1 A·g−1 电流密度下五组样品的 CP 曲线图；（c）样品 GA–1–6.3 在 1 A·g−1 电流密度下的循环寿命曲线图（插图为 不同电流密度下样品 GA–1–6.3 的 CP 曲线图） Fig.7    CP curves of GA: (a), (b) CP curves of sample at 1 A·g−1 current density; (c) cycle life curve of GA–1–6.3 at a current density of 1 A·g−1 (inset: CP curves of GA–1–6.3 at different current densities) 0 2000 4000 6000 8000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 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 (a) 0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 GA−0−6.3 GA−1−6.3 GA−0.4−6.3 −Z″/Ω −Z″/Ω Z′/Ω Z′/Ω 0 20000 40000 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 (b) GA−1−8 GA−1−4 GA−1−6.3 GA−1−4 GA−1−6.3 GA−1−8 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 GA−1−8 GA−1−4 GA−1−6.3 −Z″/Ω −Z″/Ω Z′/Ω Z′/Ω Rs Rct ZW Cd (c) 图 8    GA 的 EIS 图及其等效电路图. （a）（b）样品的 EIS 曲线图；（c）电化学阻抗谱的等效电路 Fig.8    Nyquist plots and equivalent circuit of GA: (a), (b) Nyquist plots of samples; (c) the equivalent circuit for the electrochemical impedance spectra 2 3 4 5 6 7 8 0 1000 2000 3000 4000 5000 (c) Power density/(W∙kg−1 ) Energy density/(W∙h∙kg−1) 0 200 400 600 800 −100 −50 0 50 100 (b) Specific capacitance/(F∙g−1 ) Cycle number 0 100 50200 80300 80400 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 1 Cycle 500 Cycle 800 Cycle Potential/V Time/s 0 50 100 150 200 250 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 (a) Time/s Potential/V 0.5 A·g−1 0.5 A·g−1 1.0 A·g−1 1.0 A·g−1 2.0 A·g−1 2.0 A·g−1 5.0 A·g−1 5.0 A·g−1 10.0 A·g−1 10.0 A·g−1 图 9    超级电容器的 CP 图以及其 Ragone 图. （a）不同电流密度下超级电容器的 CP 曲线图；（b）在 1 A·g−1 电流密度下超级电容器的循环寿命曲线 图（插图为超级电容器在 1 A·g−1 电流密度下第 1 次、第 500 次、第 800 次的 CP 曲线图）；（c）能量密度与功率密度的曲线 Fig.9    CP curves and Ragone plot of the supercapacitors: (a) CP curves of the supercapacitors at different current densities; (b) cycle life curves of the supercapacitors at a current density of 1 A·g−1 (inset: CP curves of the first, 500th, and 800th cycles of the super capacitors at 1 A·g−1 current density); (c) curve of energy density vs power density 郭志成等： 氧化石墨烯掺杂量与 pH 值对石墨烯气凝胶储能性能的影响 · 245 ·