论文部分内容阅读
超级电容器又名电化学电容器,是近年来发展起来的一种新型的储能装置。它具有功率密度大、使用寿命长、经济环保等优点,因此被广泛应用于汽车电子、通讯设备和国防军工等领域。掺硼石墨烯具有比表面积大、高电导率和高电子迁移率等特点,是超级电容器电极的理想材料之一。掺硼金刚石（BDD）具有宽电势窗口、低背景电流、高电化学稳定性和耐酸碱腐蚀等特点。因此,制备掺硼石墨烯/掺硼金刚石（BG/BDD）电极在储能器件中具有广阔的应用前景。本文以电子辅助热丝化学气相沉积（EA-HFCVD）系统一步法制备BG/BDD电极。系统地研究了石墨烯的生长时间和硼含量对BG/BDD电极的形貌结构、电化学性能的影响,构建了基于BG/BDD电极的对称型超级电容器（SSC）并对其电容性能进行了测试。扫描电镜分析发现石墨烯片在BDD上垂直生长并与BDD晶面紧密接触。由XPS和Raman分析得知硼原子有效地掺杂到石墨烯和金刚石中,石墨烯的硼含量在1.04到2.45%之间。BG/BDD电极在饱和NaCl水溶液里显示出优异的电容特性,当石墨烯层生长30s时,BG/BDD电极具有最大的体积电容(1047.8F cm-3)。石墨烯的硼含量也会影响BG/BDD电极的电化学性能,当石墨烯以硼源流量50sccm生长时,电极具有较高的比电容。随后我们以两个BG/BDD电极、氯化钠/羧甲基纤维素钠凝胶电解质及无纺布隔膜构建了SSC器件以评估BG/BDD电极的实际应用。基于BG/BDD电极的SSC器件可以在3.2 V的高电压下工作,该电容器在功率密度为221 W kg-1时具有79.5 Wh kg-1的高能量密度,并且当功率密度高达18.1 kW kg-1时能量密度为30.7 Wh kg-1。此外,基于BG/BDD电极的SSC器件具有较高的稳定性能,在0-2.5 V电压范围内,以3.2 A g-1电流密度下循环测试9000周期后,比电容能够保留原来的99.6%;在0-3 V范围内,以12.8 A g-1电流密度下循环10000周期时,比电容仍保持原来的96.1%。