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《Carbon nanosheets as the electrode material in supercapacitors的翻譯》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、碳納米片作為超級(jí)電容器電極材料摘要：碳納米片由1-7層主要是垂直朝向襯底的石墨烯層組成。碳納米片的厚度和形態(tài)的變化取決于前面生長和襯底溫度。他們有一個(gè)超低平面電阻率。碳納米片的電容可在標(biāo)準(zhǔn)的電化學(xué)三電極電解電池下用循環(huán)伏安法測量,其中包含鉑對(duì)電極和標(biāo)準(zhǔn)汞/硫酸亞汞參比電極在6MH2SO4電解液。作為工作電極,碳納米片的電容被發(fā)現(xiàn)是單位面積0.076F厘米?2。用數(shù)學(xué)模型來模擬一個(gè)包含碳納米片作為電極材料并被發(fā)現(xiàn)是1.49×104F的虛擬超級(jí)電容器單元的總可能電容。1.介紹這里說的超級(jí)電容器(supercapacitororultracapacitor)與傳統(tǒng)的超級(jí)電容相比，前
2、者具有超高電容。超級(jí)電容器的電容通過電化學(xué)雙層建立(EDLC)[1-3]。超級(jí)電容器和電池對(duì)于便攜式電子設(shè)備,風(fēng)力發(fā)電和電動(dòng)汽車(EV)[4]來說都是至關(guān)重要的能源/電力存儲(chǔ)設(shè)備。電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要依靠生活的進(jìn)步,快速充電、大容量電池。電池和超級(jí)電容器并不是相互替換,而且在電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系的系統(tǒng)有不同的作用。電池依靠化學(xué)反應(yīng)和電解質(zhì)離子擴(kuò)散產(chǎn)生/儲(chǔ)存能量而且可以提供的能量比超級(jí)電容器更多。超級(jí)電容器的存儲(chǔ)/釋放能量取決于電化學(xué)雙層,設(shè)備上避免了化學(xué)反應(yīng)所以可以快速充電和放電。超級(jí)電容器可以重復(fù)使用多年而不退化和在電解質(zhì)/電極中不含重離子,因此,它是一種環(huán)保設(shè)備。超級(jí)電容器
3、的大電容量源于高導(dǎo)電材料的比表面積很高。傳統(tǒng)超級(jí)電容器由活性炭顆?；蛱祭w維組成。這些碳材料理論上有很高的比表面積(1000-2000平方米克?1)。相應(yīng)地計(jì)算單位表面積活性炭材料的電容是10-15F厘米?2。因此,超級(jí)電容器用活性炭材料作為電極,具有更高的理論電容值(100-300Fg?1)相比普通電容器(大約F或pF)和內(nèi)阻比電池內(nèi)阻少得多。此外,多達(dá)40%的能源可以恢復(fù)。通過在supercapacitor-bus制動(dòng)。根據(jù)Pandolfo和Hollenkamp[5]和Obreja[6]的評(píng)論,傳統(tǒng)碳超級(jí)電容器有一個(gè)1-10(Whkg?1)的比能和0.5-10(kWkg?1
4、)的功率系數(shù)。幾十甚至上百公斤的超級(jí)電容器也需要一個(gè)電動(dòng)汽車。傳統(tǒng)的鉛酸電池通常是30-40Whkg?1和現(xiàn)代鋰電池120Whkg?1,因此,重要的是要提高EDLC物理極限和減少體重。兩個(gè)因素限制超級(jí)電容器的容值：孔隙分布和電極材料的電阻。為了改善電極性能,材料的孔隙分布應(yīng)該優(yōu)化。電極的電阻是另一種常見的限制約束。為了增加功率系數(shù),電極材料的體電阻和界面電阻應(yīng)該最小化。幾種碳納米材料,如碳納米管(碳納米管、單壁和多壁)和石墨烯作為超級(jí)電容器電極材料[7-9]吸引了研究興趣。碳納米結(jié)構(gòu)都是由sp2-bonded碳。石墨烯是一種單原子層的碳六角形結(jié)構(gòu)(10、11)。碳納米管是一個(gè)
5、管狀幾何由一個(gè)或多個(gè)石墨烯層組成。理論和實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果表明,碳納米管和石墨烯中對(duì)電子轉(zhuǎn)移有超低的電阻率[12]。在室溫下,石墨烯片的電阻率為10?6厘米(少于銀的電阻率)。一個(gè)石墨烯片的比表面積可達(dá)到接近2630平方米克?1[7]。研究在麻省理工學(xué)院LEES項(xiàng)目帶領(lǐng)下，已演示了30Whkg?1超級(jí)電容器。石墨烯超級(jí)電容器的研究,由羅夫和同事(7、15)最近報(bào)道,化學(xué)修飾石墨烯(CMG)可以在水溶液中獲得非常高單位電容(137Fg?1)。Nanogate碳?[16]能夠獲得30-75Whkg?1。這個(gè)碳質(zhì)材料,由石墨結(jié)構(gòu)夾層距離0.375nm的預(yù)熱石油焦產(chǎn)生。人們建議,化學(xué)氣相沉
6、積是制作高質(zhì)量的石墨烯薄膜(10、11)的最好技術(shù),如發(fā)展碳納米片的王等人[19]運(yùn)用的射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積。碳納米片是二維石墨片由1–7層石墨烯層(平均三層),通常終止在一個(gè)石墨烯片(20、21)。碳納米片的比表面積可用BET方法測量(18、19、22)并且被發(fā)現(xiàn)約1100平方米克?1。通過改變沉積時(shí)間,中樞神經(jīng)系統(tǒng)高度可以發(fā)生從100納米到>10m改變。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的形態(tài)可通過調(diào)整襯底溫度和采用不同的前體進(jìn)行調(diào)節(jié)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)可以合成大量純形式(雜質(zhì)<100ppm,由粒子誘導(dǎo)的x射線輻射,PIXE)[22]。垂直對(duì)齊碳納米片是二維納米片,代表三維納米孔。襯底偏壓電
7、場的對(duì)齊中樞神經(jīng)系統(tǒng)有序,平行平面幾何300納米寬,1米高[22]。在這項(xiàng)研究中,中樞神經(jīng)系統(tǒng)的電容的測量是通過用一個(gè)數(shù)學(xué)模型--一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的包含6MH2SO4電化學(xué)環(huán)境和經(jīng)驗(yàn)值來評(píng)估一個(gè)虛擬EDLC。2.方法碳納米片由之前被報(bào)道的(18-23)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)制作。簡而言之,在沉積過程中,400-1200W射頻(RF,13.56MHz)功率電感耦合到沉積室通過在一個(gè)石英窗口放置平面盤繞的射頻天線。先驅(qū)氣體甲烷(CH4)是作為碳源并且混合著氫氣(H2)作為載氣。感應(yīng)等離子體的密度
