石墨烯改性聚丙烯腈基多孔炭用于高倍率性能超级电容器

作为一种富氮碳源,聚丙烯腈历来被作为生产炭材料的重要原料.但是聚丙烯腈直接炭化会导致其烧结不利于后续深度活化.通过干法球磨石墨烯和聚丙烯腈复合原料,结合稳定化和KOH活化,制备了杂化多孔炭,并系统研究了石墨烯和聚丙烯腈配比及后活化处理对杂化多孔炭性能的影响.结果表明:石墨烯的存在有利于高能球磨过程中热量地快速扩散,有效避免了聚丙烯腈的烧结;而聚丙烯腈进一步抑制了石墨烯片层的团聚,使石墨烯/聚丙烯腈复合前驱体呈现蓬松的粉体结构,利于碱的深度活化.同时,石墨烯在多孔炭结构中形成的三维柔性导电网络便于电荷地快速转移.由于其发达的孔、大的比表面积、优异的导电性以及氮/氧杂原子诱导的赝电容,所制备的杂化多孔炭用作超级电容器电极材料时,在水系和有机系电解液中均表现出了优异的电化学性能.尤其是,优化的HPC-4复合炭材料用作超级电容器的电极时,在1 mol/L四乙基四氟硼酸铵有机电解液中,当功率密度为337.5 W/kg时,能量密度可达30.38 W?h/kg.该工作为面向高功率兼高能量超级电容器电极材料的开发提供了一种简易且高效的制备策略.