以石墨烯和水泥为材料的新型结构超级电容器及其的制作方法_2

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墨稀,图中分别显示了四种 C 键组合:C = C(284.3eV),C-C(285.5eV),C_0(286.6eV)和 0_C =0(288.8eV),其中C原子与0原子的数量比为7?9。
[0039]然后按照图1所示结构进行结构超级电容器组装,图1中,1表示结构超级电容器的电极,2表示隔层材料,3为隔层材料中的电解液的带电离子。
[0040]对得到的结构超级电容器分别进行抗压测试和电化学测试。抗压测试使用的是JES-300混凝土抗压测试机(中国,无锡),设定的加载速度为8.2KN/S。电化学测试选用的CHI 660C电化学工作站,测试的主要内容包括循环伏安测试和恒流充放电测试。
[0041]通过力学测试可得硬化水泥浆体在28天时的强度为9.85MPa ;电化学测试循环伏安和丨旦流充放电分别如图3和图4所不。由图3循环伏安测试可知,当扫描为100mV/s时,循环伏安图为很明显的矩形图,这说明电压在改变方向的瞬间电流就达到最大值,充放电的可逆性良好,均符合理想的电容行为。同时,整个充放电过程未发现赝电容影响。由图4恒流充放电测试可知,在电流密度为1A g 1时,充放电曲线呈现出典型的三角形形状,线性关系也较好,表明它具有较好的电容特性。而且通过放电时间可计算出该结构超级电容器的比电容为9.9F g1。
[0042]实施例2
[0043]称量500g海螺水泥和200g去离子水进行混合搅拌,待充分搅拌之后分别加入到直径为10mm,厚度为1mm的圆环模具以及尺寸为40mm*40mm*40mm的正方体模具。24小时之后放进水泥养护室(20°C ±1°C,相对湿度大约在90%左右)进行养护。
[0044]28天之后取出养护室中的硬化水泥样品,即得到水泥隔层材料,将水泥隔层材料浸入到IMol/L的Κ0Η溶液中使其完全饱和。
[0045]本实施例中,电极的制作方法为:选取聚四氟乙烯5mg,加入适量蒸馏水稀释。然后加入电极材料石墨稀80mg,炭黑15mg,并且充分搅拌,将搅拌后的混合液移入烘干箱中进行烘干处理,在其未完全干燥之前取出压制薄片电极,最后将薄片电极放入烘箱中继续烘干,直至完全干燥后即制得电极。
[0046]然后按照图1所示结构进行结构超级电容器组装。
[0047]对得到的结构超级电容器分别进行抗压测试和电化学测试。
[0048]抗压测试使用的是JES-300混凝土抗压测试机(中国,无锡),设定的加载速度为8.2KN/S。电化学测试选用的CHI 660C电化学工作站,测试的主要内容包括循环伏安测试和恒流充放电测试。
[0049]通过力学测试可得硬化水泥浆体在28天时的强度为6.78MPa ;电化学测试循环伏安和丨旦流充放电分别如图5和图6所不。由图5循环伏安测试可知,当扫描为100mV/s时,循环伏安图为很明显的矩形图,这说明电压在改变方向的瞬间电流就达到最大值,充放电的可逆性良好,均符合理想的电容行为。同时,整个充放电过程未发现赝电容影响。由图6恒流充放电测试可知,在电流密度为1A g 1时,充放电曲线呈现出典型的三角形形状,线性关系也较好,表明它具有较好的电容特性。而且通过放电时间可直接计算出该结构超级电容器的比电容为11.0F g1。
[0050]实施例3
[0051]称量500g海螺水泥和250g去离子水进行混合搅拌,待充分搅拌之后分别加入到直径为10mm,厚度为1mm的圆环模具以及尺寸为40mm*40mm*40mm的正方体模具。24小时之后放进水泥养护室(20°C ±1°C,相对湿度大约在90%左右)进行养护。
[0052]28天之后取出养护室中的硬化水泥样品,即得到水泥隔层材料,将水泥隔层材料浸入到IMol/L的Κ0Η溶液中使其完全饱和。
[0053]本实施例中,电极的制作方法为:选取聚四氟乙烯5mg,加入适量蒸馏水稀释。然后加入电极材料石墨稀80mg,炭黑15mg,并且充分搅拌,将搅拌后的混合液移入烘干箱中进行烘干处理,在其未完全干燥之前取出压制薄片电极,最后将薄片电极放入烘箱中继续烘干,直至完全干燥后即制得电极。
[0054]然后按照图1所示结构进行结构超级电容器组装。
[0055]对得到的结构超级电容器分别进行抗压测试和电化学测试。
[0056]抗压测试使用的是JES-300混凝土抗压测试机(中国,无锡),设定的加载速度为
8.2KN/S。电化学测试选用的CHI 660C电化学工作站,测试的主要内容包括循环伏安测试和恒流充放电测试。
[0057]通过力学测试可得硬化水泥浆体在28天时的强度为5.13MPa ;电化学测试循环伏安和丨旦流充放电分别如图7和图8所不。由图7循环伏安测试可知,当扫描为100mV/s时,循环伏安图为很明显的矩形图,这说明电压在改变方向的瞬间电流就达到最大值,充放电的可逆性良好,均符合理想的电容行为。同时,整个充放电过程未发现赝电容影响。由图8恒流充放电测试可知,在电流密度为1A g 1时,充放电曲线呈现出典型的三角形形状,线性关系也较好,表明它具有较好的电容特性。而且通过放电时间可计算出该结构超级电容器的比电容为11.4F g1。
[0058]实施例4
[0059]—种以石墨烯和水泥为材料的新型结构超级电容器,如图1所示,由电极、隔层材料及电解液组成,电极位于隔层材料相对两侧,电解液吸附于隔层材料内部。
[0060]以石墨烯和水泥为材料的新型结构超级电容器的制造方法,包括以下步骤:
[0061](1)电极的制作:聚四氟乙烯加入蒸馏水稀释,然后加入石墨烯与炭黑,其中,石墨烯、炭黑、聚四氟乙烯的质量比为13:1.5:1,并搅拌,将搅拌后的混合液移入烘干箱中进行烘干处理,在其未完全干燥之前取出压制薄片电极,最后将薄片电极放入烘箱中继续烘干,直至完全干燥后即制得电极;
[0062](2)隔层材料的制作;以水泥作为原料,配制水灰比0.3的水泥浆体,并将水泥浆体注入模具中成型,再放进水泥养护室进行养护,水泥养护室的养护温度为19°C,相对湿度在85%,制得隔层材料
[0063](3)将隔层材料浸入到lmol/L的NaCl溶液中使其完全吸附饱和,并与电极一起组装得到新型结构超级电容器。
[0064]本实施例中,石墨稀表面含有含氧官能团轻基和竣基,并且,该石墨稀中的C和0的原子数量比为(7?9):1。适量含氧官能团可以使得电极材料具有一定的润湿性,在超级电容器的后期使用中,可以提高其比电容大小。但是过多的含氧官能团一方面会影响电极材料的导电性,另一方面又会引入赝电容的出现。
[0065]对于上述制得的新型结构超级电容器需要进行力学性能与电学性能的测试。
[0066]用于测试电学性能时,隔层材料的模具尺寸为直径10mm,厚度为1mm的圆环;而用于力学抗压测试时,隔层材料的模具尺寸为40mm*40mm*40mm。
[0067]电学性能测试主要为循环伏安测试(CV)和横流充放电测试(DC)。在进行测试之前需要将水泥隔层浸入电解液中,使其完全饱和。力学性能测试主要是抗压测试。每次测试六组样品,然后取其平均值。
[0068]抗压测试使用的是JES-300混凝土抗压测试机(中国,无锡),设定的加载速度为8.2KN/S。电学性能测试利用的是CHI 660C电化学工作站,循环伏安测试可以验证结构超级电容器的循环情况信息;恒流充放电曲线可以直接获得样品的比电容大小。主要参数设置为:电流密度为1A gS0.75A g 1和0.5A g S电势窗为+0.5V和-0.5V ;充放电循环次数为3次。
[0069]通过力学测试可得硬化水泥浆体在28天时的强度为7.02MPa ;电化学测试得出该结构超级电容器的比电容为9.4F g1。
[0070]实施例5
[0071]—种以石墨烯和水泥为材料的新型结构超级电容器,如图1所示,由电极、隔层材料及电解液组成,电极位于隔层材料相对两侧,电解液吸附于隔层材料内部。
[0072]以石墨烯和水泥为材料的新型结构超级电容器的制造方法,包括以下步骤:
[0073](1)电极的制作:聚四氟乙烯加入蒸馏水稀释,然后加入石墨烯与炭黑,其中,石墨烯、炭黑、聚四氟乙烯的质量比为16:4:1,并搅拌,将搅拌后的混合液移入烘干箱中进行烘干处理,在其未完全干燥之前取出压制薄片电极,最后将薄
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