スーパーキャパシターにおけるグラフェン複合材料の研究

要約：2004年にグラフェンが発見されて以来、グラフェン複合材料の研究は注目を集めています。この論文は、スーパーキャパシタの電極材料におけるポリアニリン/グラフェンおよび二酸化マンガングラフェン複合材料の研究の進歩をレビューし、スーパーキャパシタの電極材料におけるこれらの材料の将来の応用を楽しみにしている。

Xingruiguang;リャナン

（内モンゴル科学技術大学、包頭014010、レアアースカレッジ）

炭素は自然界に広く見られます。最もよく知られているグラファイトとダイヤモンドに加えて、1985年に発見されたフラーレンと1991年に発見されたカーボンナノチューブは、炭素材料のファミリーを拡大しました。また、炭素の多様性についての理解を深めることができます。同時に、フラーレンやカーボンナノチューブによって引き起こされるナノテクノロジーは、将来の人間社会の発展にとって大きな意味を持っています。炭素材料の最新のメンバーであるグラフェンは、SP2ハイブリッド軌道を持つ2次元炭素原子結晶です。 2004年に英国のマンチェスター大学のGeimによって発見され、安定している可能性があります。これは現在、世界で最も薄い材料である単原子の厚さの材料です。グラフェンは、優れた電気的特性（室温で最大200000 cm2V-1s-1の電子移動度）、軽量、優れた熱伝導率（5000 Wm-1K-1）、表面積（2630m2g-1）よりも大きいだけでなく、ヤング率（1100 GPa）と破壊強度（125 GPa）もカーボンナノチューブに匹敵し、量子ホール効果、量子トンネル効果などのいくつかのユニークな特性も持っています。上記のユニークなナノ構造と優れた性能により、グラフェンは、薄膜材料、エネルギー貯蔵材料、液晶材料、機械的共振器など、多くの高度な材料やデバイスに適用できます。グラフェンは単層のグラファイトであり、原料が入手しやすいため、カーボンナノチューブほど安価で安価です。したがって、グラフェンは、ポリマーベースのカーボンナノコンポジットの高品質な充填物としてカーボンナノチューブに取って代わることが期待されています。グラフェンの多くの特性の中で、比表面積が高く、導電性が良好です。最も重要なことは、グラフェン自体の静電容量が21μF/ cm2であり、他の炭素材料よりも高いすべての炭素ベースの電気二重層コンデンサの上限に達することです。スーパーキャパシターを作るのに理想的な材料です。

電気化学コンデンサとしても知られるスーパーキャパシタは、従来のキャパシタとバッテリの間にエネルギー密度と電力密度を備えた新しいタイプのエネルギー貯蔵デバイスです。スーパーキャパシターは、バッテリーと従来のキャパシターの利点を兼ね備えています。高エネルギー密度、高電力密度、高速充電および放電、長サイクル寿命、瞬間的な大電流放電、環境への汚染などの特性など、これまでに開発された新しいタイプのエネルギー貯蔵および省エネ機器です。 10年。

グラフェンは理想的なスーパーキャパシタ充填材料であるため、他の材料と配合してスーパーキャパシタ材料を準備することは非常に重要です。

コンポジットには主に2つのタイプがあります。 1つ目は、グラフェンと高分子導電性材料の複合材料であり、その中でグラフェンとポリアニリンの複合材料が最も研究されています。 2つ目は、グラフェンと金属酸化物の化合物で、グラフェンと二酸化マンガンの複合材料が最も研究されています。この論文では、これら2種類の複合材料に関する研究の概要を説明します。

グラフェンとポリアニリンの複合材料は、スーパーキャパシター材料に使用されます。上記のグラフェンの特殊な特性に加えて、ポリアニリンには、高い導電性、容易な合成、および低いモノマーコストという利点があります。趙ら酸性条件下でのその場重合を使用して調製されたポリアニリン/グラフェン複合材料。ポリアニリンはグラフェンの表面に均一に吸着されているか、グラフェンシート間に均一に分散していることがわかりました。電流密度が0.1A / gのとき、静電容量は480F / gと高く、循環も良好です。

Li etal。グラフェンシート上でその場で陽極電解重合を行い、ポリアニリンを形成しました。得られた複合材料は、引張強度が12.6 MPaで、電気容量が高く安定している（重量比容積233 F / g、体積比容積135 F / Cm3）ため、現在入手可能な他の多くの炭素ベースのフレキシブル電極を上回っています。柔軟なスーパーキャパシタの大きな期待。

Shi etal。最初に化学的に修飾されたグラフェンをポリアニリン繊維と組み合わせて安定した混合物を形成し、次に真空ろ過によってグラフェン/ポリアニリン繊維薄膜複合体を取得しました。複合材料は、安定した機械的特性と高い柔軟性を備えており、大きな角度で曲げて目的の形状を得ることができます。変更されたグラフェン含有量が44％の場合、静電容量は最大の210F / gです。

Yan etal。ポリアニリンとグラフェンの複合紙は、溶液の単純で迅速な混合とその場での重合によって得られたと報告しました。この複合材料は、優れた電気的特性を備えています。この複合紙は生物学の分野にあることは言及する価値があります。潜在的なアプリケーションの価値。魏ら。機能性グラフェンとポリアニリンナノ粒子を組み合わせて、純粋なポリアニリン材料のほぼ2倍の1046F / gコンデンサを取得しました。

2つ目は、グラフェンと金属酸化物の化合物であり、その中で最も研究されているのは、グラフェンと二酸化マンガンの複合材料です。魏ら。過マンガン酸カリウムとグラフェンの混合、過マンガン酸カリウムのマイクロ波放射による二酸化マンガンへの還元、および二酸化マンガンの還元がグラフェンの表面に堆積しました。このような複合材料をアノードとして使用し、活性炭をカソードとして使用してコンデンサを得た。 114F / g、

スーパーキャパシタを取得するには、サイクル数が1000回に達する可能性があります。ヤンら。より高い静電容量とより長いサイクルタイムを備えた自己組織化法により、モネタイトと二酸化マンガンの多層ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド修飾複合材料が得られました。

要約すると、社会の継続的な進歩、資源の継続的な消費、および経済の継続的な発展により、グラフェン複合材料は、将来の電子分野において非常に重要な役割を果たすことは間違いありません。

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