● 摘要
电化学混合电容器作为超级电容器的新生代，综合了双电层电容充放电速率快、功率密度大、内阻小、循环寿命长和赝电容比能量高的双重特征，同时两种不同储能机理材料的这种结合又提高了工作电压，使其克服了双电层电容器低能量密度和赝电容电容器低功率密度的缺点，为解决混合动力汽车的动力电源在需要适当比能量的条件下，且要求能在极短的时间内放电提供了最佳解决方法。混合电容器由于两个电极分别采用不同储能机理的材料，当今其发展的热点主要集中在电极材料的研究以及正负极材料的匹配上。
本文在分别总结了双电层电极材料及赝电容电极材料研究进展的基础上，通过简单方便的化学沉淀法制备了一种石墨烯表面上负载了多孔结构NiOOH/Ni(OH)2的复合材料，采用XRD, SEM, TEM等测试手段对所合成材料进行了物理结构表征，使用恒电流充放电、循环伏安和电化学阻抗谱等测试方法对材料电化学性能进行了研究分析。此外，还进一步将所合成材料做为正极，活性炭做为负极组装成扣式模拟混合电容器，对其电化学性能进行了研究讨论。具体实验结论如下：
1. 采用简便的化学沉积法制备了石墨烯/NiOOH/Ni(OH)2多层次多孔复合材料。通过改变反应液的量获得不同比例石墨稀和NiOOH/Ni(OH)2的复合材料。SEM表征显示，Ni(OH)2/NiOOH在石墨烯表面上形成多孔结构，负载了多孔NiOOH/Ni(OH)2的石墨烯又进行了层层堆积。电化学性能测试表明，与石墨烯不同，复合材料的CV曲线出现了明显的氧化还原峰，表现出典型的赝电容特性，且其比容量高于纯的NiOOH/Ni(OH)2. 从恒流充放电曲线看出，石墨烯与Ni(OH)2/NiOOH配比对其电化学性能有较大影响，其中，GP/Ni-30具有最佳的电化学性能，其比容量在电流密度为2 Ag-1时达到2178 Fg-1, 并且在电流密度由2 Ag-1增加至10 Ag-1时，容量仍保持在1444 Fg-1, 说明复合材料适合用于大电流密度充放电。
2. 以GP/Ni-30为正极，负极采用活性碳组装成扣式模拟混合电容器。对混合电容器正负极质量比进行了优化，且确定了其实际工作电压范围。实验结果表明， 在充放电电流密度为200 mAg-1时，正负极质量比mAC/mGP/Ni-30为4.6±0.1, 工作电压范围为0-1.6 V时，混合电容器的比电容达到101 Fg-1, 且在功率密度为162 Wkg-1下能量密度可达到35.76 Whkg-1, 远高于活性碳组装成的对称电容器的能量密度8.8 Whkg-1. 对所组装混合电容器进行不同电流密度下恒流充放电测试，结果表明当电流密度达到800 mAg-1时，在功率密度662 Wkg-1下能量密度仍保持在11.92 Whkg-1. 说明GP/Ni-30-AC混合电容器体系实现了保证一定功率密度下能量密度的提高。
3. 采用相同方法，通过依次减少反应液的量制备得到不同配比的石墨烯和NiOOH/Ni(OH)2的复合材料, 并将其用于锂离子电池负极材料。SEM 图片表明材料比例的改变对其形貌影响不大。电化学性能测试显示，电极材料GP/Ni-5性能最佳，其在电流密度为100 mAg-1时，首次可逆容量为1287.4 mAhg-1, 80次循环后容量保持在830 mAhg-1，而纯NiOOH/Ni(OH)2首次可逆容量为2400.6 mAhg-1, 80次循环后容量已降至405.9 mAhg-1, 表明石墨烯的加入大大提高了材料的稳定性。