石墨烯平面电容技术与性能报告

王启隆

摘 要：近年来石墨烯材料研究进展非常迅速，其在很多领域之中都有了广泛的应用。在文中主要就石墨烯平面电容技术进行介绍，并对其性能进行分析。

关键词：石墨烯平面电容;石墨烯;性能

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）02-0217-02

1 石墨烯平面电容简介

石墨烯超级电容器为基于石墨烯材料的超级电容器的统称。由于石墨烯独特的二维结构和出色的固有的物理特性，诸如异常高的导电性和大表面积，石墨烯基材料在超级电容器中的应用具有极大的潜力。石墨烯基材料与传统的电极材料相比，在能量储存和释放的过程中，显示了一些新颖的特征和机制。

1.1 技术介绍

（1）制取平面电容模板，采用叉子形，为减少电容表面积，增大单位面积的电容，设计石墨烯线条宽度为0.8mm，总宽为20mm，长度为30mm，电容表面积为5cm2。

（2）调制合适的原料配比，我们采用石墨烯，二硫化钼，高分子导电聚合物，纯净水（不含杂质）按照一定的配比混合搅拌均匀。

（3）将获得的原料采用喷涂法（如图1）或丝网印刷（如图2）的方法涂到A4纸上，并在一定的温度下烘干。

（4）采用硼酸钠溶液作为电解液，便可作为电容参与实验和测量。

1.2 测量方式

CHI760电化学工作站的循环伏安法和新威电池充放电测试仪。

1.3 计算公式

符号含义：area（循环伏安法围成面积），v（电压扫描速度），m（石墨烯质量），s（石墨烯面积）。

2 目前成果

经万用表测量电阻最低能达到50Ω，在电化学工作站不同的扫描速度下可获得不同的电容值，在10mv/s下可得到1060μF/cm2的电容值，在50mv/s的扫描速度下可得到232.8μF/cm2的电容值，并随着扫描速度的增加，电位电容值不断下降，如图3和表1所示。

采用电化学工作站的循环伏安法可扫描出闭合曲线，在100mv/s的扫描速度下，面积为1.3*10-5，在20mv/s的扫描速度下，面积为1.6*10-6，扫描速度越大，曲线包围的面积越大，比电容越大，如图4所示。

我们用新威电池充放电测试仪对超级电容器进行充放电实验，设置三个工步，先对其进行搁置5s，再进入恒压恒流工步，电压分别设置为0.6v，0.8v，1v，电流设置为0.002A，最后再次进入搁置工步，可以发现，电容经过恒压恒流的充电后达到0.46v，并且充电时间较短，放电时间较长，符合超级电容的特性如图5所示。

3 平面超级电容的优势与改进

平面电容比传统的立体电容有更大的灵活性，可将石墨烯等原料喷涂到塑料软膜上，使之有较好的拉伸性，柔韧性，弯曲性，可使平面电容运用在不同的环境下，对空间形状的要求小，如图6所示。

我们利用电化学工作站和拉伸装置测试了在不同拉伸长度下的电容，发现了随着拉伸长度的增大，电容只有微小的减小，表明在拉伸的情况下并不会太大影响平面电容的电容大小，作出了反映电容保留率与拉伸长度的关系的曲线，如图7所示。

为在电容有相同面积的情况下，有更大的电容值，我们进行了电容形状的进一步设计，同时保持电容面积仍为5cm2，如图8所示。图9为最初设计的交叉形平面电容。

为了找出形状改进后，与原来形状的区别，我们进行了对比实验，将电化学工作站循环伏安法的电压扫描速度都设为100mv/s，实验结果如图10所示。

我们发现改进前的扫描面积为1.13*10-5，改进后面积为1.31*10-5，电容增加了3.6μF/cm2，说明形状的变化对电容值有一定的提升。

参考文献

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