石墨烯/氧化镍高比能量非对称电容器关键材料的宏量制备及储能机理研究

非对称型电化学电容器由于具有高的能量密度、功率密度以及较好的循环稳定性和高的工作电压等特点，在电动汽车、家用电器、航空航天等领域具有广阔的应用前景。本项目提出开展石墨烯/氧化镍高比能量非对称电容器关键材料的宏量制备及储能机理研究。拟基于氧化石墨烯，采用水热、溶剂热等湿化学法来合成不同微观结构的石墨烯/氧化镍纳米复合材料；揭示石墨烯表面原位生长氧化物纳米晶的成核及生长机理，并据此来调控纳米晶的形貌、结晶性；考察材料的微观结构、组成等对电化学性能的影响；以期得到高能量密度和功率密度的水系非对称电容器电极材料。在此基础上，采用聚合物固体电解质，研制全固态非对称电容器。探索实验室规模下的石墨烯/氧化镍纳米复合材料的宏量制备技术，推动石墨烯复合材料在新型储能领域的应用。

非对称型电化学电容器由于具有高的能量密度、功率密度以及较好的循环稳定性和高的工作电压等特点，在电动汽车、家用电器、航空航天等领域具有广阔的应用前景。本项目提出开展石墨烯/氧化镍高比能量非对称电容器关键材料的宏量制备及多种形貌石墨烯/金属氧化物的制备，并顺利完成了如下研究工作：.1. 针对提高非对称超级电容器电极材料能量密度和循环容量性能，本项目利用石墨烯的高比表面积和镍氧化物的高比容量，设计制备了一系列具有高比容量和高倍率性能的石墨烯/氧化镍复合材料，开发出实验室百克量级合成路线；.2. 完成了多种高活性和稳定性的石墨烯基负极材料的研制。以氧化石墨为原料，利用复合材料显微结构分析和机理研究，通过材料形貌结构优化设计，构筑了一系列柔性多孔结构的石墨烯薄膜电极材料，成功实现了高能量密度柔性储能器件的研制，提高了电化学反应活性和结构稳定性；.3. 发展了一种高效、普适的溶剂热-溶胶诱导的化学自组装方法用于制备新型的三维宏观体。该方法可以克服组分间分散难点，成功实现了材料导电率的提高了；采用该方法制备的氧化铁基和氧化锡基三维宏观体的电化学储锂性能达到行业领先水平。.综上所述，本项目的完成为提高非对称型电化学电容器电极材料的比容量、循环稳定性、解决石墨烯基材料团聚、粉体电极制备需要粘结剂等问题提供了新的解决思路和方案。项目研究中所采用的自组装、电沉积、真空抽滤等方法，为石墨烯基/金属氧化物复合材料的研制提供了研究基础，尤其为柔性及可穿戴器件用无粘结剂电极材料的研发工作提供了宝贵的研究经验。本项目研究期间发表SCI论文22篇，其中19篇影响因子＞3；申请中国发明3项专利，1项已授权；培养博士研究生6名，硕士研究生1名。.