1.3 超级电容器的研究进展与展望

本科毕业设计说明书 第 3 页

目前，超级电容器的产业化仍然只能在双电层电容器上实现，碳材料依旧主导着电极材 料市场。然而，比电容低是其不容忽视的问题。众所周知，超级电容器的出路在法拉第赝电 容。

近年来，在对超级电容器电极材料的研究中，过渡金属氧化物性能突出、大放光彩。过 渡金属氧化物的比电容比碳材料高很多，可惜的是具有导电性差、充放电时结构易坍塌、循 环性能和倍率性能差等缺陷[24-27]，这很大程度上限制了它的发展。将金属氧化物与其他材料 复合，可以突破单一材料的局限性，使两者性能互补，是最方便有效的解决办法。

1.4 氧化锌、氧化亚钴和氧化石墨烯

1.4.1 氧化锌和氧化亚钴

[24]

[25]

[26]

[27]

在超级电容器领域，将 RuO2

、MnO2

、NiO

、Co3O4

等过渡金属氧化物作为电极

材料，科研人员已经进行了大量研究，且已取得不错的效果。但是，对 CoO 和 ZnO 的研究 还不多见。据统计，CoO[29]和 ZnO[30]更多的是应用于锂离子电池的负极材料。同样作为过渡 金属氧化物，ZnO 和 CoO 具备电化学活性好、储量丰富、价格低廉、环境友好等优点。因而， 理论上看，它们也有望成为超级电容器电极材料。

钴基化合物一直是超级电容器电极材料的不错选择， 已报道的 Co3O4 、Co(OH)2 和 NiCo2O4[31]等均具有较高的比电容。CoO——另一种钴的氧化物，同样“遗传”了钴基家族超 高理论比电容的血统。

ZnO 是一种应用广泛的半导体材料，由于其禁带宽度和激子束缚能较大，它拥有独特的 电化学性能。ZnO 还有一个优点——易于生长在各种基底上[32]，这使得 ZnO 很方便与其他材 料复合，弥补自身的不足。

1.4.2 氧化石墨烯

自 2004 年[33]问世以来，石墨烯就点燃了全世界的研究热情。由于具有比表面积超大、电 阻率超低、硬度高、热导率高等突出性能[21,22,34]，石墨烯几乎算是一种完美的碳材料，并成 功地吸引了电学、力学、热学、光学等几乎各个领域的目光。石墨烯基复合材料更是新材料 界的宠儿。

但是，石墨烯亲水性差和易团聚的特点，在一定程度上限制了它的应用。氧化石墨烯

（Graphene Oxide，GO）的出现，有效地克服了上述不足。GO 是石墨烯的衍生物，与石墨 烯的结构大致一样，区别在于 GO 片层上有-OH、-COOH、-CH(O)CH-等亲水性良好的含氧 基团。这些含氧基团可以作为成核中心，捕获活性材料到 GO 片层上，再经过还原处理，便 可以制得分散性优良的还原氧化石墨烯（Reduced Graphene Oxied，RGO）基复合材料[35]。这

第 4 页 本科毕业设计说明书

为实现石墨烯基复合材料的大规模生产提供了极大的可能。

本科毕业设计说明书 第I页

目 次

1 引言（或绪论） 1

1.1 超级电容器简介 1

1.1.1 结构 1

1.1.2 分类 含钴金属氧化物/碳材料复合物的制备及电化学性能研究(4):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_204991.html